tugas akhir sistem kendali hidroponik dalam ruangan...

TUGAS AKHIR

SISTEM KENDALI HIDROPONIK DALAM

RUANGAN BERBASIS RASPBERRY PI

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

Memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

disusun oleh :

ANDRIAN BUDIAWAN LIM

NIM : 155114048

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2020

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

FINAL PROJECT

CONTROL SYSTEM FOR INDOOR HYDROPONIC

USING RASPBERRY PI

In partial fulfilment of the requirements

for the degree of Sarjana Teknik

Electrical Engineering Study Program

Department of Electrical Engineering

Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University

ANDRIAN BUDIAWAN LIM

NIM : 155114048

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

2020


vi

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

MOTTO:

“KESUSAHAN SEHARI CUKUPLAH UNTUK SEHARI,

JANGAN MENUNDA SESUATU UNTUK

DIKERJAKAN”

Skripsi ini saya persembahkan untuk :

Tuhan Yang Maha Kuasa

Keluarga yang selalu memberi dukungan baik moral

maupun materi

Teman – teman elektro USD angkatan 2015 yang selalu

membantu dan sama – sama berjuang


viii

INTISARI

Berkebun dengan sistem hidroponik secara tradisional belum menggunakan

teknologi otomatisasi, seluruh proses meliputi pemberian nutrisi dan pengukuran variabel

seluruhnya masih dilakukan oleh manusia. Penyinaran juga masih mengandalkan sinar

matahari yang tidak menentu. Sistem pengukuran, otomatisasi sistem pemberian nutrisi

dan otomatisasi sistem penyinaran dapat direalisasikan menggunakan Arduino dan

Raspbery Pi.

Otomatisasi pengukuran dan pengendalian sistem hidroponik dapat digunakan

untuk membuat semua proses hidroponik menjadi lebih efisien. Sensor TDS dan sensor

pH yang disambungkan pada Arduino serta sensor LDR yang disambungkan pada

Raspberry Pi digunakan secara permanen untuk pengukuran data. Data hasil pengukuran

tersebut akan digunakan untuk mengendalikan aktuator berupa Motor DC, Diaphragm

Pump dan Lampu LED dengan menggunakan Raspbery Pi sebagai mikrokontroler

pengendalian dan pemantauan proses. Selain untuk pengendalian, data tersebut juga akan

ditampilkan pada GUI, disimpan pada data logger dan dikirim ke aplikasi berbasis IoT (

Internet of Things ).

Sistem pemberian dan pencampuran nutrisi pada air dapat berjalan dengan baik,

nilai rata – rata kebenaran relatif sistem adalah 98.77%, proses tersebut berjalan dengan

waktu rata – rata 125 detik. Sistem pengendalian lampu juga dapat berjalan dengan baik,

nilai rata – rata kebenaran relatif sistem adalah 100%. Sistem pengukuran modul sensor

TDS dan pH dapat mengukur dengan baik, nilai rata – rata kebenaran relatif hasil

pengukuran modul sensor TDS adalah 97.16% dan nilai rata – rata kebenaran relatif hasil

pengukuran modul sensor pH adalah 99.96%. Data hasil pengukuran serta pengendalian

proses dapat ditampilkan dengan baik pada GUI secara real time, data tersebut juga

disimpan pada data logger dan dapat dipantau dari jarak jauh menggunakan aplikasi

berbasis IoT yaitu Cayenne myDevice dengan waktu pengiriman data rata – rata 3 detik.

Kata Kunci : Hidroponik, Raspberry pi , pengendalian, Otomatisasi


ix

ABSTRACT

Gardening with a hydroponic system traditionally has not used automation

technology, the whole process including the provision of nutrition and measurement of

variables is all done by humans. The irradiation that plants needed also still relies on

sunlight, meanwhile the sunlight is uncertain. Measurement system, provision of nutrition

system automation and radiation system automation can be implemented using Arduino

and Raspbery Pi.

Automation of measuring and controlling hydroponic systems can be used to make

all hydroponic processes more efficient. The TDS sensor and the pH sensor connected to

the Arduino and the LDR sensor connected to the Raspberry Pi are used permanently for

data measurement. The measurement data will be used to control the actuator in the form

of a DC Motor, Diaphragm Pumps and LED lights using Raspbery Pi as microcontroller

for controling and monitoring process. In addition, besides for controling the process, the

data will also be displayed in the GUI, stored in a data logger and sent to an IoT (Internet

of Things) based application.

The system of nutrient mixing and stirring in water can work well, the average

relative value of the system is 98.77%, the process runs with an average time of 125

seconds. The light control system can also work well, the relative average value of the

system is 100%. TDS and pH sensor module can also measure well, the average value of

the relative value of the measurement by the TDS sensor module is 97.16% and the

average value of the relative value of the measurement by the pH sensor module is

99.96%. Measurement data and process control can be displayed properly in the GUI in

real time, the data is also stored in the data logger and can be monitored remotely using

an IoT-based application, Cayenne myDevice with an average data transfer time of 3

seconds.

Keywords: Hydroponics, Raspberry pi, Controlling, Automation


x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur dihaturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena anugerah-Nya,

tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir merupakan salah syarat kelulusan

di Jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik.

Laporan tugas akhir ini dibuat dalam rangka menyelesaikan tugas akhir. Namun pada

proses penulisan tugas akhir ini juga tidak lepas dari bantuan berbagai pihak yang telah

memberikan petunjuk, bimbingan, saran dan pengalaman bagi penulis, sehingga penulis

ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Tuhan yang Maha Esa karena anugerah dan penyertaan-Nya pada penulis dari

awal memulai proses pengerjaan tugas akhir hingga akhirnya bisa menyelesaikan

tugas akhir.

2. Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T. selaku ketua Jurusan Teknik Elektro,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah

memberikan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir

3. Bapak Martanto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing penulis, yang telah

memberikan petunjuk, bimbingan, dan saran dalam pengerjaan tugas akhir.

4. Bapak Ir. Tjendro, M.Kom. dan Ibu Ir.Th. Prima Ari Setiyani, M.T. selaku dosen

penguji penulis, yang telah memberikan petunjuk, bimbingan, dan saran dalam

pengerjaan tugas akhir.

5. Seluruh dosen dan laboran Teknik Elektro yang telah memberikan ilmu dan

pengalaman yang bermanfaat bagi penulis.

6. Teman-teman penulis yang telah bersama-sama berjuang mengerjakan tugas

akhir baik yang ada di yogyakarta maupun yang ada di luar yogyakarta.

7. Keluarga penulis yang telah mendukung dan memberikan semangat selama

pengerjaan tugas akhir, memberikan berbagai inspirasi yang sangat bermanfaat

bagi penulis..

8. Pihak yang ahli dalam bidang hidroponik karena penulis sudah diberi kesempatan

untuk ikut belajar dan mendapat berbagai pengalaman dalam dunia hidroponik.

9. Semua pihak yang belum disebutkan yang sudah membantu dan mendukung

pengerjaan tugas akhir.


xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ( Bahasa Indonesia ) ............................................................................ i

HALAMAN JUDUL ( Bahasa Inggris ) ............................................................................... ii

LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................................. iii

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................................. iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................................................................ v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ..................................................... vi

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS ........................................................................................... vii

INTISARI ........................................................................................................................... viii

ABSTRACT ......................................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR ........................................................................................................... x

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................... xvv

DAFTAR TABEL ............................................................................................................ xviii

BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ............................................................................................................ 1

1.2. Tujuan dan Manfaat .................................................................................................... 4

1.3. Batasan Masalah ......................................................................................................... 4

1.4. Metodologi Penelitian ................................................................................................. 5

BAB II DASAR TEORI ........................................................................................................ 7

2.1. Kondisi Hidup Selada Grand Rapid ............................................................................ 7

2.2. Nutrisi Untuk Hidroponik ........................................................................................... 9

2.3. Nutrient Film Technique ............................................................................................. 9

2.4.Motor DC Gearbox 1:48 L ........................................................................................ 11

2.5. Diaphragm Water Pump Motor DC .......................................................................... 12

2.6. RTC ........................................................................................................................... 13

2.7. Modul Sensor Cahaya LDR ...................................................................................... 15

2.8. Modul Relay.............................................................................................................. 16

2.9. Lampu LED Biru dan Merah .................................................................................... 17

2.10. Sensor TDS ............................................................................................................. 19

2.11. Sensor pH ................................................................................................................ 21

2.12. Arduino Mega 2560 ................................................................................................ 22


xiii

2.13. Raspberry Pi 3 ......................................................................................................... 23

2.14. Cayenne myDevice ................................................................................................. 25

2.15. Hukum Ohm dan Daya ........................................................................................... 27

BAB III RANCANGAN PENELITIAN ............................................................................. 28

3.1. Model Sistem ............................................................................................................ 28

3.2. Perancangan Perangkat Keras ................................................................................... 29

3.2.1. Plant Hidroponik sistem NFT ............................................................................ 29

3.2.2. Perancangan Rangkaian Utama .......................................................................... 32

3.2.3. Perancangan Rangkaian Modul Sensor Total Dissolved Solids ......................... 33

3.2.4. Perancangan Rangkaian Modul Sensor pH ........................................................ 34

3.2.5. Perancangan Rangkaian Modul Sensor Light Dependent Resistor .................... 35

3.2.6. Perancangan Rangkaian Motor Pengaduk.......................................................... 36

3.2.7. Perancangan Rangkaian Lampu LED ................................................................ 37

3.2.8. Perancangan Rangkaian Diaphragm Pump........................................................ 38

3.2.9. Raspberry Pi 3 .................................................................................................... 39

3.2.10. Komunikasi Arduino dan Raspberry Pi ........................................................... 40

3.3. Perancangan Perangkat Lunak .................................................................................. 40

3.3.1. Diagram Alir Proses Kerja Sistem ..................................................................... 41

3.3.2. Diagram Alir Sub-routine Pengukuran pH, TDS dan Pengendalian Proses

Pemberian Nutrisi ......................................................................................................... 42

3.3.3. Diagram Alir Sub-routine Pengendalian Lampu LED ....................................... 44

3.3.4. Perancangan Pemantauan Jarak Jauh ................................................................. 45

3.3.5. Perancangan Graphical User Interface ( GUI ) ................................................. 46

BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN ................................................ 49

4.1. Sistem Monitoring dan Pengendali Alat ................................................................... 49

4.1.1. GUI Alat ............................................................................................................. 51

4.1.2. Sistem Pengukuran nilai TDS dan pH................................................................ 51

4.1.3. Sistem Pengukuran Cahaya ................................................................................ 52

4.1.4. Sistem Pengendalian Proses Pemberian Nutrisi ................................................. 53

4.1.5. Pengendalian Lampu .......................................................................................... 58

4.1.6. Pengujian Pengukuran TDS dan pH dan Pengendalian Proses Pemberian Nutrisi

61

4.1.7. Pengujian Pengukuran Cahaya dan Pengendalian Lampu ................................. 64

4.1.8. Desain motor pengaduk ...................................................................................... 65

4.2. Implementasi Perangkat Keras ................................................................................. 65


xiv

4.3. Implementasi Perangkat Lunak................................................................................. 71

4.3.1. Bagian – Bagian GUI ....................................................................................... 721

4.3.2. Manual Penggunaan GUI ................................................................................... 72

4.3.3. Program Pembacaan dan Pemrosesan Data dari Arduino .................................. 73

4.3.4. Program Penerimaan Data pada Raspberry Pi ................................................... 74

4.3.5. Program Pengukuran Cahaya ............................................................................. 75

4.3.6. Program Proses Pengendalian Pemberian Nutrisi .............................................. 76

4.3.7. Program Proses Pengendalian Rangakaian Lampu LED ................................... 78

4.3.8. Program Penyimpanan Data ............................................................................... 78

4.3.9. Pengaturan Cayenne ........................................................................................... 80

4.3.10. Sistem Pemantauan Jarak Jauh ......................................................................... 82

4.3.11. Kalibrasi Modul Sensor TDS ........................................................................... 83

4.3.12. Kalibrasi Modul Sensor pH .............................................................................. 86

4.3.13. Kalibrasi Modul Sensor LDR ........................................................................... 88

4.3.14. Perubahan Pada Software ................................................................................. 90

4.3.15. Implementasi Lampu LED ............................................................................... 90

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 91

5.1. Kesimpulan ............................................................................................................... 91

5.2. Saran ......................................................................................................................... 91

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 92

LAMPIRAN ........................................................................................................................ 95


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Diagram Blok Sistem ............................................................................................... 5

Gambar 2.1. Tanaman Selada Grand Rapids ....................................................................... 7

Gambar 2.2. Pencahayaan Pada Bagian – Bagian Ruangan .................................................. 8

Gambar 2.3. Gambar ilustrasi sistem Nutrient Film Technique .......................................... 10

Gambar 2.4. Dimensi Gearbox ............................................................................................ 12

Gambar 2.5. Pergerakan Diaphragm Pump ......................................................................... 12

Gambar 2.6. Pin RTC DS3231 ............................................................................................ 13

Gambar 2.7. Siklus perhitungan RTC ................................................................................. 14

Gambar 2.8. Light Dependent Resistor ............................................................................... 15

Gambar 2.9. Modul Relay 2 Channel .................................................................................. 16

Gambar 2.10. Rangkaian Lampu ......................................................................................... 17

Gambar 2.11. SMD LED ..................................................................................................... 18

Gambar 2.12. Skematik Total Dissolved Solid Dfrobot ...................................................... 19

Gambar 2.13. Skematik Total Dissolved Solid Dfrobot ...................................................... 20

Gambar 2.14. Gambar Sensor pH ........................................................................................ 21

Gambar 2.15. Gambar Arduino Mega 2560 ........................................................................ 22

Gambar 2.16. Gambar Pin Arduino Mega 2560 .................................................................. 23

Gambar 2.17. Fitur pada Raspberry Pi 3 ............................................................................. 23

Gambar 2.18. Pin pada Raspberry Pi 3 ................................................................................ 24

Gambar 2.19. Dashboard Cayenne myDevices .................................................................. 25

Gambar 2.20. Fitur Bring Your Own Thing ......................................................................... 26

Gambar 2.21. Kondisi Raspberry Pi .................................................................................... 27

Gambar 3.1. Rancangan Plant Hidroponik Sistem NFT ..................................................... 29

Gambar 3.2. Rancangan Plant Hidroponik Sistem NFT ..................................................... 30

Gambar 3.3. Dimensi Bak Penampungan Air dan Nutrisi .................................................. 31

Gambar 3.4. Dimensi dan Isi Bak Penampungan ................................................................ 32

Gambar 3.5. Rangkaian Keseluruhan .................................................................................. 33

Gambar 3.6. Rangkaian Arduino dan modul sensor TDS ................................................... 34

Gambar 3.7. Rangkaian Arduino dan modul sensor pH ...................................................... 35

Gambar 3.8. Rangkaian Modul Sensor LDR dan Raspberry Pi .......................................... 36

Gambar 3.9. Gambar Rangkaian Motor Pengaduk.............................................................. 36

Gambar 3.10. Gambar Rangkaian Lampu ........................................................................... 37


xvi

Gambar 3.11. Rangkaian LED line strip MSD .................................................................... 38

Gambar 3.12. Gambar Rangkaian Pompa Nutrisi ............................................................... 38

Gambar 3.13. Penghubungan Raspberry Pi dan Arduino .................................................... 40

Gambar 3.14. Diagram Alir Utama ..................................................................................... 41

Gambar 3.15. Proses Pengukuran pH,TDS dan Pengendalian Proses Pemberian Nutrisi .. 43

Gambar 3.16. Proses Pengendalian Lampu LED ................................................................ 44

Gambar 3.17. Diagram Pemantauan Jarak Jauh .................................................................. 46

Gambar 3.18. Tampilan GUI ............................................................................................... 47

Gambar 4.1. Bentuk Alat ..................................................................................................... 49

Gambar 4.2. Bentuk Alat Lanjutan ...................................................................................... 50

Gambar 4.3. GUI Alat ......................................................................................................... 51

Gambar 4.4. Kondisi GUI setelah batas TDS dimasukan ................................................... 53

Gambar 4.5. Kondisi GUI pada saat Pompa Nutrisi Hidup ................................................. 54

Gambar 4.6. Tampilan Cayenne Pompa Aktif .................................................................... 54

Gambar 4.7. Kondisi Relay dan Pompa Nutrisi .................................................................. 55

Gambar 4.8. Kondisi GUI pada saat Motor Pengaduk Hidup ............................................. 56

Gambar 4.9. Tampilan Cayenne Motor Aktif ...................................................................... 56

Gambar 4.10. Kondisi Relay dan Motor Pengaduk ............................................................. 57

Gambar 4.11. Kondisi GUI Pengendalian Lampu ............................................................... 58

Gambar 4.12. Tampilan Cayenne Lampu Aktif .................................................................. 59

Gambar 4.13. Kondisi Relay dan Lampu ............................................................................ 59

Gambar 4.14. Lampu Aktif.................................................................................................. 60

Gambar 4.15. Kondisi GUI pada saat Cahaya Cukup dan Lampu Mati ............................. 60

Gambar 4.16. Tampilan Cayenne Lampu Tidak Aktif ........................................................ 61

Gambar 4.17. Data Hasil Pengukuran ................................................................................. 63



Gambar 4.20. Motor Pengaduk............................................................................................ 65

Gambar 4.21. Plant Hidroponik .......................................................................................... 65

Gambar 4.22. Bak Penampung Air dan Rangkaian Pengendali .......................................... 66

Gambar 4.23. Bak Penampung Air Tampak Atas ............................................................... 67

Gambar 4.24. Bagian Dalam Bak Penampung Air .............................................................. 68

Gambar 4.25. Rangkaian Pengendali .................................................................................. 69

Gambar 4.26. Bagian Bak Penampung Nutrisi dan Pompa Nutrisi ..................................... 70


xvii

Gambar 4.27. Adaptor dan sumber tegangan ...................................................................... 70

Gambar 4.28. Bagian – Bagian GUI.................................................................................... 71

Gambar 4.29. Program Pengukuran Data TDS dan pH ....................................................... 74

Gambar 4.30. Program Pembacaan Data dari Arduino ke Raspberry Pi ............................. 74

Gambar 4.31. Fungsi Pengukuran Cahaya .......................................................................... 75

Gambar 4.32. Proses Pengendalian Nutrisi ......................................................................... 76

Gambar 4.33. Proses Pengendalian Pemberian Nutrisi ....................................................... 77

Gambar 4.34. Proses Pengendalian Rangkaian Lampu LED .............................................. 78

Gambar 4.35. Program Penyimpanan Data ......................................................................... 79

Gambar 4.36. Pembuatan Device Baru ................................................................................ 80

Gambar 4.37. Fitur Bring Your Own Thing ......................................................................... 80

Gambar 4.38. Pengaturan Custom Widget ........................................................................... 81

Gambar 4.39. Tampilan Dashboard yang berisi Widget-Widget ........................................ 81

Gambar 4.40. Sistem Pemantauan Jarak Jauh ..................................................................... 82

Gambar 4.41. Sensor dan Alat ukur di udara ...................................................................... 84

Gambar 4.42. Sensor dan Alat ukur di udara ...................................................................... 84

Gambar 4.43. Sensor dan Alat Ukur di air keran. ............................................................... 85

Gambar 4.44. Sensor dan Alat Ukur di air aquades ............................................................ 85

Gambar 4.45. Sensor dan Alat ukur di aquades dan 2.51 gram gula................................... 86

Gambar 4.46. Pengukuran Larutan Buffer dengan pH 7.00 ................................................ 87



Gambar 4.49. Kalibrasi Modul Sensor LDR Mati............................................................... 89

Gambar 4.50. Kalibrasi Modul Sensor LDR Hidup ............................................................ 89

Gambar 4.51. Spektrum Warna Lampu ............................................................................... 90


xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Spesifikasi Signal Transmitter Board ................................................................ 20

Tabel 2.2. Spesifikasi Signal Transmitter Probe ................................................................. 20

Tabel 2.3. Spesifikasi Modul Sensor pH ............................................................................. 22

Tabel 3.1. Rancangan Pin modul sensor TDS dengan Arduino .......................................... 34

Tabel 3.1. Penggunaan Pin GPIO pada Raspberry Pi.......................................................... 39

Tabel 3.2. Format Data yang akan dikirim ke Cayenne ...................................................... 45

Tabel 4.1. Bagian – bagian alat ........................................................................................... 50

Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian dan Pengendalian Proses Pemberian Nutrisi .................. 61

Tabel 4.3. Fungsi Bagian – Bagian GUI ............................................................................. 71

Tabel 4.4. Penentu Durasi Hidup Pompa ............................................................................ 76


1

BAB I

PEDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Berkebun dengan sistem hidroponik tidak memerlukan banyak ruang dan

menggunakan media yang relatif lebih bersih dibanding tanah yaitu air [1]. Begitu juga

dengan penggunaan pupuk dan senyawa kimia, penggunaan pestisida yang lebih sedikit

dapat membantu melestarikan lebah yang bertugas untuk penyerbukan dan menghasilkan

sayuran yang lebih sehat supaya aman untuk dikonsumsi. Penggunaan pupuk sintetis juga

dapat mengurangi polusi, pupuk sintetis yang digunakan pada tanah cenderung terbuang ke

saluran pembuangan dan akhirnya menuju ke laut yang akan membahayakan ekosistem laut

[2]. Berbeda dengan sistem hidroponik, hampir seluruh nutrisi akan diserap oleh tanaman

karena nutrisinya akan berada terus dalam aliran air yang mengalir secara terus menerus

dalam sistem tertutup. Berkebun dengan cara konvensional yang masih memerlukan banyak

sumber daya manusia dan lahan yang lebih luas untuk mendapatkan hasil yang optimal.

Sementara setiap tahun lahan pertanian contohnya di DKI Jakarta pada tahun 2012

sampai tahun 2016 semakin menurun [3] begitu juga dengan lahan pemukiman yang

semakin sempit dan padat penduduk maka luas lahan terbuka hijau menjadi semakin sempit

namun sudah ada solusinya yaitu hunian vertikal [4]. Namun hunian vertikal juga memiliki

masalah yaitu lahan terbatas yang sulit untuk diperluas sehingga tidak ada tempat untuk

menanam secara konvensional maka bertanam secara hidroponik bisa menjadi solusinya

karena dapat dilakukan didalam ruangan [5], dengan beberapa peralatan pendukung seperti

lampu sebagai pengganti matahari dan piranti lain untuk memantau kondisi kebun

hidroponik. Berkebun dengan sistem hidroponik di dalam ruangan juga dapat dilakukan

secara vertical farming sehingga dapat menghemat tempat dan air, serta tanaman dapat

tumbuh lebih cepat. Selain itu, berkebun di dalam ruangan juga lebih aman karena resiko

kebun terkontaminasi zat yang tidak diinginkan ( seperti dari air hujan ) menjadi lebih kecil.

Ruangan dapat di isolasi dan segala variabel seperti lama penyinaran, intensitas

cahaya, kondisi air serta nutrisi dapat dikontrol, begitu juga dengan kondisi air dan nutrisi

tidak seperti pada kebun di luar ruangan yang rawan terkontaminasi air hujan atau pada saat

musim kemarau suhu meningkat sehingga membuat penguapan air meningkat [6]. Setiap


2

tanaman memiliki ketentuan jumlah nutrisi, lama penyinaran, intensitas cahaya yang

berbeda. Pada setiap fase pertumbuhan dari usia tanaman masih muda, kemudian remaja lalu

selanjutnya berbunga atau berbuah juga memiliki kebutuhan yang berbeda – beda [2]. Ketika

menggunakan teknologi maka semua hal tersebut dapat dikontrol, terlebih bila menggunakan

sistem hidroponik di dalam ruangan yang semakin mempermudah pengontrolan karena area

yang dikontrol menjadi lebih tertutup, sehingga dengan perawatan yang tepat maka tanaman

akan tumbuh lebih cepat dan optimal [6].

Kemudian yang menjadi masalah adalah kesulitan memantau kondisi parameter –

parameter kebun hidroponik secara kasat mata seperti total dissolved solids pada air dan pH

air, tanpa menggunakan sensor atau alat ukur lain. Penggunaan alat ukur manual

membutuhkan waktu pada saat proses pengukuran, bila menggunakan sensor yang dipasang

secara terus menerus pada parameter yang akan diukur maka akan menjadi lebih mudah

karena data hasil pengukuran parameter akan langsung otomatis tertampil tanpa proses

campur tangan manusia secara manual seperti mencelup alat ukur ke air. Manusia tidak bisa

melihat secara seluruh informasi yang ada pada kebun dan tanaman seperti kadar nutrisi

dalam air, ph air dan intensitas cahaya matahari yang ada, sehingga manusia memerlukan

bantuan teknologi seperti komputer, kamera, artificial intelligence, sensor serta aktuator

yang dapat menunjukan nilai yang lebih tepat serta menunjukan kondisi tanaman [2]. Tanpa

menggunakan alat ukur dan pewaktuan yang tepat, semua parameter yang menunjang

kebutuhan kebun hidroponik hanya dilakukan dengan perkiraan, seperti pada jadwal dan

dosis pemberian nutrisi yang tidak dapat dilakukan secara tepat terlebih bila jumlah kebun

banyak dan lokasi sulit dicapai karena semua harus dilakukan secara manual, mulai dari

pencampuran nutrisi secara langsung sampai pemberian nutrisi yang berarti memerlukan

campur tangan manusia. Padahal dengan jumlah kebun yang luas dan banyak akan memakan

banyak waktu. Selain itu, ketika ingin berkebun sendiri akan sulit dilakukan karena aktifitas

manusia yang padat, cenderung sibuk dengan berbagai hal dan waktu termakan habis di jalan

misalkan ketika macet, terutama untuk yang hidup di kota besar, terlebih pada zaman

sekarang yang semakin maju, manusia lebih menginginkan sesuatu yang praktis. Sementara

aktivitas berkebun membutuhkan waktu, tenaga dan perhatian yang cukup banyak bila

dilakukan secara manual. Sehingga ada alternatif lain yaitu dengan menggunakan aplikasi

dari sistem pengendali menggunakan mikrokontroler yang dapat bekerja secara otomatis

tanpa memerlukan banyak campur tangan manusia serta dapat memperlihatkan nilai dari

parameter – parameter yang tidak kasat mata dengan bantuan sensor-sensor atau alat ukur.


3

Mikrokontroler, sensor serta aktuator yang digunakan juga dapat membantu mempercepat

proses pemberian nutrisi serta pengelolaan kebun hidroponik sehinga waktu yang digunakan

juga dapat menjadi lebih efisien terutama bila kebun hidroponik yang berukurang cukup

besar.

Pengembangan sistem kontrol hidroponik menggunakan mikrokontroler sudah pernah

dibuat, salah satunya oleh Maria Angela Kartika (2017) dengan judul skripsi “Otomatisasi

sistem irigasi dan pemberian kadar nutrisi berdasarkan nilai Total Dissolve Solid (TDS) pada

hidroponik Nutrient Film Technique”, namun masih dilakukan di luar ruangan sehingga

pengembangan yang akan dilakukan adalah kebun hidroponik di dalam ruangan. Pada kebun

hidroponik di dalam ruangan dibutuhkan pencahayaan buatan karena tidak sepenuhnya

terpapar cahaya matahari langsung. Sebenarnya bila plant kebun hidroponik terus menerus

terpapar langsung sinar matahari dapat memicu pertumbuhan lumut yang sangat cepat dan

membuat plant menjadi harus tersumbat serta kotor sehingga harus lebih sering dibersihkan.

Namun bila tidak terlalu sering terpapar sinar matahari maka akan memudahkan

perawatannya, hal tersebut dapat dilakukan dengan cara membuat kebun hidroponik di

dalam ruangan. Untuk menggantikan pencahayaan matahari maka akan di gunakan lampu

LED khusus untuk pertumbuhan tanaman supaya intensitas cahaya serta lama penyinaran

bisa di kendalikan. Pemantauan kondisi lingkungan hidup hidroponik juga tidak boleh

terlupakan, maka akan digunakan Sensor TDS serta sensor pH untuk memantau kondisi air.

Untuk pencampuran nutrisi dan pemberian nutrisi, alat yang akan digunakan adalah motor

pengaduk serta pompa motor dc sehingga pencampuran dan pemberian nutrisi dapat

dilakukan secara otomatis. Bahkan bila dilakukan didalam ruangan, pengendalian parameter

– parameter dapat menjadi lebih mudah karena berbeda dari lahan terbuka yang terpapar

berbagai faktor dari luar yang sulit dikendalikan, area yang harus dipantau juga menjadi

tidak terlalu luas. Pemantauan seluruh parameter tersebut juga menjadi hal yang akan

dikembangkan yaitu pemantauan plant dapat dilakukan dari jarak jauh. Pemantauan dari

jarak jauh merupakan hal yang perlu dikembangkan untuk mengikuti perkembangan jaman.

Internet dijadikan sarana pemantauan jarak jauh karena jaman sekarang penggunaan internet

sangat mudah dan cukup cepat sehingga menjadi sangat dapat diandalkan dapat disebut

sebagai konsep Internet of Things (IoT). Pengembangan juga akan dibuat berdasarkan

konsep Internet of Things. Informasi dari plant akan dapat dipantau melalui jarak jauh dan

sangat mempermudah proses pemantauan dan pengambilan data, pemantauan tersebut juga

dapat dilakukan dengan cukup mudah dan hanya membutuhkan koneksi internet.


4

1.2. Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat suatu sistem pengendali kadar Total

Dissolved Solids pada air, sistem pemberian nutrisi dan sistem pencahayaan kebun

hidroponik di dalam ruangan menggunakan mikrokontroler Raspberry Pi dan Arduino.

Semua nilai – nilai dari sensor serta keadaan aktuator sistem juga menjadi data digital yang

ditampilkan pada Graphical User Interface.

Manfaat penelitian ini bagi dunia pertanian adalah menyediakan sebuah sistem

pengendali yang dapat digunakan untuk otomatisasi proses berkebun sehingga tidak

memerlukan banyak campur tangan manusia serta dapat memperoleh nilai parameter –

parameter yang ada pada lingkungan tempat tanaman hidup dengan jelas dan aktual supaya

dapat memberikan nutrisi yang tepat dan pencahayaan yang cukup sehingga tanaman dapat

bertumbuh dengan cepat dan berkembang secara optimal.

1.3. Batasan Masalah

Pada tugas akhir ini akan dibuat sistem pengendali kebun hidroponik berbasis

Raspberry Pi. Batasan masalah pada alat yang akan dibuat adalah sebagai berikut :

1. Jenis tanaman yang ditanam adalah Selada Grand Rapid.

2. Jumlah tanaman yang ditanam adalah 16 tanaman.

3. Modul Sensor TDS untuk mengukur kondisi air terkait Total Dissolved Solids

dalam air dengan rentang pengukuran dari 0 sampai 1000 ppm.

4. Modul Sensor pH untuk mengukur Kondisi air terkait pH dalam air dengan rentang

pengukuran dari 0 sampai 14.

5. Modul RTC sebagai sumber pewaktuan untuk penjadwalan penyinaran.

6. Penyinaran menggunakan lampu LED berwarna merah dan biru .

7. Pencampuran nutrisi menggunakan pengaduk yang digerakan oleh motor dc.

8. Pemberian nutrisi menggunakan diaphragm pump motor dc untuk mengalirkan

nutrisi ke bak air utama.

9. Mikrokontroler Raspberry Pi 3 untuk pembuatan GUI, sistem kontrol, pengolah

data dan mengirimkan data melalui internet.

10. Mikrokontroler Arduino Mega 2560 untuk pembacaan nilai sensor analog dan

pengiriman data ke Raspberry Pi 3.

11. Informasi dapat dipantau dari jarak jauh melalui aplikasi android Cayenne

myDevice.


5

1.4. Metodologi Penelitian

Metode penelitian yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah :

1. Studi Pustaka

Studi pustaka menggunakan sumber berupa buku cetak maupun elektronik,

video, website, jurnal penelitian dan wawancara mengenai sistem hidroponik,

kondisi hidup dan nutrisi untuk selada grand rapid, piranti pendukung seperti

lampu, mikrokontroler dan berbagai sensor-sensor yang akan digunakan seperti

sensor pH dan Total Dissolved Solids.

2. Percobaan

Percobaan penggunaan sensor-sensor dan penanaman tanaman yang akan

digunakan supaya dapat lebih mengenal karakteristik dari masing-masing aspek.

Informasi yang didapat akan digunakan saat melakukan perancangan dan

pembuatan alat supaya dapat disesuaikan dengan kemampuan aspek yang ada.

3. Perancangan dan pembuatan alat

Sensor pH

Arduino Mega 2560

Raspberry Pi 3

RTC

Sensor

Analog TDS

Pompa motor dc

Nutrisi A

Pompa motor dc

Nutrisi B

Lampu Merah &

Biru

Motor Pengaduk

Internet

GUI

Relay 1

Relay 2Sensor LDR

Gambar 1.1. Diagram Blok Sistem


6

Penentuan hardware yang akan digunakan, meliputi jenis sensor-sensor yang

akan digunakan untuk perkembangan tanaman hidroponik, begitu juga dengan

software yang akan digunakan meliputi untuk pemrograman, pemantauan jarak

jauh serta melakukan pengiriman data dari sensor-sensor menuju mikrokontroler.

Lalu akan diolah di mikrokontroler untuk dapat mengirimkan perintah untuk

melakukan sesuatu sebagai tindak lanjut dari data yang didapat serta pembuatan

GUI untuk mempermudah pengamatan. Setelah menentukan semuanya maka

dilanjut dengan pembuatan plant , seperti gambar 1.1, sensor yang akan digunakan

adalah sensor pH dan sensor TDS kemudian data dari sensor-sensor akan dibaca

oleh Arduino dan dikirim ke Raspberry Pi untuk pengolahan data, sistem kontrol

dan pengiriman data jarak jauh maupun ditampilkan pada GUI. Alat yang akan

dikontrol adalah solenoid valve, lampu dan motor sementara RTC akan digunakan

untuk sumber pewaktuan dalam penjadwalan.

4. Pengamatan dan Pengambilan Data

Pengambilan data berupa total dissolved solids dan pH di air, kesesuaian

jadwal penyinaran, pemberian nutrisi serta urutan pelaksanaan pemberian serta

pencampuran nutrisi dengan pengaturan yang sudah dibuat. Pengamatan dari data-

data yang telah didapat seperti kesesuaian jadwal penyinaran yang telah dibuat,

urutan pelaksanaan pemberian nutrisi berkaitan dengan data TDS di air selanjutnya

proses pengadukan sampai pengukuran nilai TDS kembali. Data – data tersebut

diambil untuk kebutuhan pembahasan dan pembuatan kesimpulan.

5. Pembahasan dan Kesimpulan

Pembahasan dan kesimpulan diambil berdasarkan pengamatan dari

percobaan yang telah dilakukan lalu dibandingkan dengan teori serta perancangan.

Pembahasan mengenai data yang didapat setelah dilakukan percobaan

dibandingkan dengan perancangan, bila sesuai atau tidak sesuai maka akan

dianalisis pada bagian pembahasan. Setelah beberapa pembahasan dilakukan

maka ditarik kesimpulan akhir dari pelaksanaan perancangan.


7

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Kondisi Hidup Selada Grand Rapid

Gambar 2.1. Tanaman Selada Grand Rapid

Selada grand rapid biasa ditanam di dataran tinggi, namun bisa juga ditanam di dataran

rendah-menengah, penanaman selada grand rapid tidak hanya bisa dilakukan dengan media

tanam berupa tanah tapi dapat dilakukan juga dengan cara hidroponik. Selada grand rapids

termasuk sayuran yang tumbuh cukup cepat sehingga menguntungkan secara ekonomi,

benih selada grand rapids membutuhkan waktu tanam 25 hingga 30 hari untuk dapat siap

digunakan menjadi bibit, setelah menjadi bibit selada grand rapid dapat ditanam langsung

pada media tanam dan biasanya dapat dipanen 20 hingga 30 hari setelah penanaman,

sehingga total penanamannya dari benih sampai bisa dipanen adalah 40 hingga 60 hari [7].

Selada grand rapids seperti pada gambar 2.1, termasuk jenis sayuran daun atau selada daun

yang dikonsumsi adalah bagian daun. Berkebun dengan teknik hidroponik sangat baik untuk

jenis sayuran daun dan sayuran buah sehingga selada Grand Rapids sangat cocok untuk

ditanam dengan teknik hidroponik. Aspek terpenting dari berkebun secara hidroponik adalah

air itu sendiri. Selada Grand Rapids membutuhkan air dengan pH antara 6.0 – 7.0 dan total

dissolved solids sebesar 560 – 840 ppm [8].


8

Untuk kondisi udara, selada air harus mendapatkan CO2 yang cukup sehingga harus

ada ventilasi yang cukup untuk sirkulasi udara, namun tidak boleh terkena cahaya matahari

langsung untuk mencegah pertumbuhan alga dan lumut pada plant, suhu udara yang optimal

adalah lebih dari 13 derajat celcius pada malam hari dan kurang dari 24 derajat celcius pada

siang hari [9]. Ketika tanaman atau bibit terpapar suhu udara yang terlalu panas ( lebih dari

26 derajat celcius ) selama waktu yang cukup lama maka tanaman akan mengalami bolting,

yaitu keadaan ketika tanaman masih muda tetapi sudah mulai menghasilkan biji sehingga

membuat tanaman tersebut tidak dapat dipanen hasil daun atau buah dan tidak dapat

digunakan. Penggunaan sistem berkebun hidroponik dalam ruangan membuat suhu ruangan

dapat diatur dan relatif lebih rendah daripada diluar ruangan. Berkebun dalam ruangan juga

dapat dibantu menggunakan air conditioner untuk semakin menurunkan suhu ruangan

sehingga selada dapat tumbuh lebih optimal. Berkebun dalam ruangan dapat dilakukan untuk

tumbuhan selada karena tumbuhan sayuran seperti selada, bayam, dan arugula dapat tumbuh

dengan baik pada kebun yang teduh. Sayuran daun membutuhkan setidaknya dua jam

penyinaran matahari dalam sehari, untuk dapat tumbuh dengan baik. Sedangkan sayuran

buah yang tanamannya harus berbunga terlebih dahulu seperti tomat, timun, cabai, waluh

dan terong tidak cocok untuk ditanam pada kebun yang teduh [10]. Jenis tanaman

berdasarkan kebutuhan cahaya dibagi menjadi 4 jenis yaitu tanaman dengan pencahayaan

rendah ( 500 – 2500 lux ) , tanaman dengan pencahayaan sedang ( 2500 – 10000 ), tanaman

dengan pencahayaan terang ( 10000 – 20000 ) dan tanaman dengan pencahayaan sangat

terang ( 20000 – 50000). Pencahayaan 500 lux setara dengan ruangan kantor pada umumnya

atau ruangan dengan jendela, sedangkan pencahayaan 10000 – 25000 lux setara dengan

pencahayaan di luar ruangan tanpa terkena sinar matahari langsung, dan untuk pencahayaan

32000 – 100000 lux setara dengan pencahayaan di luar ruangan dengan terkena sinar

matahari langsung seperti pada gambar 2.2. Selada termasuk jenis tanaman dengan

kebutuhan pencahayaan rendah sehingga cocok ditanam pada kebun di dalam ruangan

dengan jendela [11].

Gambar 2.2. Pencahayaan Pada Bagian – Bagian Ruangan


9

2.2. Nutrisi Untuk Hidroponik

Air pada umumnya tidak mengandung mineral dan vitamin yang cukup untuk tanaman

dapat tumbuh secara optimal, tidak seperti tanah. Terlebih air sumur atau air distilasi yang

memiliki ppm hampir mendekati 0 ppm, namun air dengan kandungan tds mendekati 0 ppm

bagus untuk tanaman hidroponik karena dianggap steril dan bersih dari berbagi unsur dan

partikel yang tidak diinginkan. Sehingga untuk dapat memenuhi kebutuhan nutrisi tanaman

maka dibutuhkan nutrisi tambahan. Nutrisi tambahan yang akan digunakan adalah nutrisi ab

mix, yaitu nutrisi a dan b . Nutrisi ab mix terdiri dari berbagai mineral dengan takaran yang

berbeda – beda untuk memenuhi kebutuhan setiap jenis sayuran, nutrisi A berisi unsur –

unsur makro yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman seperti N ( Nitrogen ), Ca (

Kalsium ), K ( Kalium ), Mg ( Magnesium ), S ( Sulfur ) dan P ( Fosfor ) sedangkan nutrisi

B berisi unsur – unsur mikro yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman seperti Fe ( Besi

), Mn ( Mangan ), Cu ( Tembaga ), B ( Boron ), Zn ( Zink ), Mo ( Molibdenum ). Untuk jenis

sayuran daun seperti selada, nutrisi ab mix yang digunakan dengan kandungan sekitar 1000

– 1300 ppm. Nutrisi a dan nutrisi b tidak boleh dicampur pada saat belum akan digunakan

pada bak penampung air utama sehingga tempat penyimpanan nutrisi harus dipisah, nutrisi

dalam bentuk serbuk memiliki pH yang sangat tinggi karena dalam bentuk padat sehingga

masing – masing nutrisi harus dilarutkan terlebih dahulu dengan volume air yang

dicampurkan adalah untuk nutrisi dengan ukuran 500 ml maka air yang dibutuhkan adalah

500 ml. Pada setiap tahapan pertumbuhan tanaman membutuhkan nutrisi yang berbeda –

beda. Pada saat tanaman masih berupa biji, nutrisi yang dibutuhkan adalah sekitar 1 ml,

selanjutnya setelah tanaman sudah mulai berkecambah nutrisi yang dibutuhkan naik menjadi

2 ml, kemudian setelah tanaman sudah mulai tumbuh menjadi benih nutrisi yang dibutuhkan

naik menjadi 3 ml. Setelah tanaman tumbuh dan berdaun 4 maka tanaman sudah dapat

dipindahkan ke talang utama dan nutrisi yang dibutuhkan adalah 5 ml. Ketika tumbuhan

sudah mulai dalam fase pendewasaan maka nutrisi yang diberikan sekitar 560 sampai 840

ppm. Batas volume air yang dicampurkan dengan nutrisi adalah setiap 990 ml air maka

nutrisi a yang digunakan adalah 5 ml dan nutrisi b yang digunakan adalah 5 ml sehingga

total menjadi 1 liter campuran air dan nutrisi, dan berlaku berkelipatan.

2.3. Nutrient Film Technique

Nutrient Film Technique adalah salah satu sistem hidroponik yang cocok untuk

tanaman sayuran daun, Selada Grand Rapid termasuk tanaman sayuran daun yang berarti


10

bagian tanaman yang dimanfaatkan adalah bagian daun. Pada sistem NFT, tanaman yang

masih berupa benih ditanam terlebih dahulu pada media tanam rockwool yang dibasahi air

namun tidak sampai menggenang, baru kemudian setelah benih sudah menjadi bibit dan siap

untuk ditanam dari mulai proses peremajaan sampai tanaman siap untuk dipanen, bibit

tersebut dapat dipindahkan ke media tanam sistem hidroponik yaitu talang pipa dengan air

yang mengalir ( pada sistem NFT ) seperti pada gambar 2.2.

Gambar 2.3. Gambar ilustrasi sistem Nutrient Film Technique

Konsep sistem Nutrient Film Technique adalah mengalirkan air berisi nutrisi ke akar

tanaman dengan ketinggian dan aliran air yang rendah, air yang dialirkan dipenuhi oleh

oksigen dan nutrisi yang cukup untuk kebutuhan hidup tanaman. Air berisi nutrisi tersebut

dialirkan melalui saluran berupa talang dengan kemiringan 5-10 derajat supaya air dapat

mengalir, untuk posisi akar tanaman atau media tanam diatur ketinggiannya supaya dapat

menyentuh aliran air dari talang [12], namun bisa juga ditambahkan media seperti kain flanel

untu membantu air dapat diserap oleh rockwool yang berisi akar tanaman bila akar tidak

dapat mencapai air langsung karena pada dasarnya sistem NFT menggunakan air ang

mengalir bukan menggenang. Hidroponik dengan sistem Nutrient Film Technique ini

memiliki keunggulan daripada sistem lain yaitu air nutrisi dialirkan terus menerus dengan


11

ketinggian rendah sehingga tidak ada genangan air yang terlalu tinggi pada talang dan tidak

akan merendam akar tanaman secara terus menerus, hal ini menjadi pembeda dengan sistem

hidroponik lainnya, namun pompa air harus hidup terus menerus untuk mengalirkan air

dengan kata lain sistem ini cukup bergantung pada listrik. Kondisi nutrisi yang terus menerus

dapat disalurkan ke akar tanaman menjadikan sistem ini memiliki beberapa kelebihan.

Kelebihan pertama adalah pertumbuhan tanaman lebih cepat dibandingkan sistem lain

karena kebutuhan akar tanaman untuk air, nutrisi dan oksigennya dapat tercukupi dengan

baik. Kondisi tersebut dapat dicapai dengan adanya aliran air pada talang yang dapat

disentuh oleh akar tanaman sehingga langsung terkena aliran nutrisi seperti pada gambar 2.3.

Selanjutnya, nutrisi untuk tanaman ditampung terlebih dahulu pada bak penampungan,

sehingga lebih mudah untuk melakukan kontrol komposisi atau nilai nutrisi yang diinginkan,

setelah nilai komposisi yang diinginkan dapat terpenuhi maka campuran nutrisi dan air

tersebut bisa dialirkan ke seluruh talang. Nutrisi tersebut terus - menerus mengalir, sehingga

kotoran atau residu nutrisi yang mengendap pada talang dapat diminimalisir dan dapat

tertampung pada bagian akhir dari talang karena air yang mengalir terus menerus dan dibantu

oleh posisi talang yang miring. Kelebihan selanjutnya adalah pada saat listrik mati dan air

tidak mengalir, karena media tanam pada masa pembenihan yaitu rockwool masih ikut

ditanam pada talang, maka air yang tersimpan pada rockwool masih cukup untuk tumbuhan

dapat bertahan ketika aliran airnya berhenti, tidak seperti sistem tanam lain yang biasanya

langsung memberikan air pada akar tanaman seperti pada sistem aeroponik.

Pemberian nutrisi yang dialirkan pada satu talang yang sama memungkinkan nutrisi

yang didapatkan tiap tanaman seragam, sehingga pertumbuhannya pun bisa seragam dan

optimal, kebutuhan oksigen akar pun dapat terpenuhi karena air yang terus mengalir

sehingga akar akan memiliki waktu yang cukup untuk mendapatkan oksigen. Tidak seperti

pada sistem DFT, air pada sistem DFT dibiarkan menggenang dan baru mengisi kembali

ketika air pada talang terlalu sedikit.

2.4. Motor DC Gearbox 1:48 L

Motor Direct Current atau Motor DC adalah jenis motor yang mendapat sumber

tegangan DC dan mengkonversi energi listrik tersebut menjadi rotasi mekanik. Rotasi dapat

terjadi karena medan magnet yang terbentuk ketika arus mengalir dan memicu rotor yang

terpasang pada poros untuk berputar. Terdapat beberapa jenis motor DC yaitu motor DC

dengan brush dan tanpa brush.


12

Gambar 2.4. Dimensi Gearbox

Motor DC yang akan digunakan adalah motor DC yang sudah tertanam dalam gearbox

untuk memperbesar torsi dan mengurangi kecepatan sehingga mengasilkan tenaga putar

yang lebih besar. Penggunaan gearbox menjadikan ukuran motor DC dapat menjadi lebih

kecil tetapi tetap memproduksi tenaga yang besar [13]. Tegangan kerja dan arus motor DC

yang digunakan adalah 3V dengan arus kurang lebih 160 mA dan 6V dengan arus kurang

lebih 240 mA. Pada saat tegangan 3V kecepatan putar motor DC 130 ± 10% rpm, untuk

tegangan 6V kecepatan putar motor DC 290 ± 10% rpm. Motor DC Gearbox yang akan

digunakan adalah yang berbentuk L dengan 1 shaft seperti gambar 2.4.

2.5. Diaphragm Water Pump Motor DC

Gambar 2.5. Pergerakan Diaphragm Pump

Diaphragm Water Pump Motor DC adalah sebuah pompa dengan pergerakan yang

menggunakan kombinasi dari gerakan katup karet yang saling berlawanan, sehingga

terbentuk ruang sementara untuk air terkumpul, kedua gerakan katup karet ini saling menarik


13

dan mengeluarkan cairan dari lubang masukan dan keluaran. Dua lapisan (diaphragm) yang

dihubungkan oleh saluran melalui bagian tengah tempat ruang sementara. Fungsi ruang

sementara adalah untuk mengarahkan udara tekan ke bagian belakang lapisan diafragma

nomor satu yang menyebabkannya air keluar dari ruang sementara. Lapisan diafragma

nomor satu menyebabkan air bergerak keluar dari pompa. Pada saat yang sama diafragma

nomor dua menghisap air. Air di lapisan diafragma nomor dua didorong keluar

menyebabkan tekanan mendorong air ke sisi penghisap. Katup bola penghisap terdorong

keluar dari tempatnya sehingga cairan dapat mengalir melewati katup bola ke dalam ruang

cairan.

Ketika diafragma nomor satu mendapat tekanan dan telah mencapai ujung saluran,

pergerakan air berubah dari lapisan diafragma nomor satu ke diafragma nomor dua melalui

katup air. Air terkompresi mendorong diafragma nomor dua menjauhi ruang sementara

sehingga diafragma nomor satu tertarik ke arah ruang sementara. Pada bilik pompa nomor

dua, katup bola pelepasan terdorong dari tempatnya, sedangkan pada bilik pompa nomor

satu terjadi sebaliknya. Setelah menyelesaikan stroke, katup udara mengarahkan udara lagi

ke bagian belakang diafragma nomor satu dan memulai kembali siklus seperti pada gambar

2.5. [14]. Diaphragm Pump terdiri dari beberapa jenis berdasarkan penggeraknya, untuk

diaphragm pump motor dc, pergerakan lapisan diafragma dan katup digerakan oleh motor

dc secara elektro-mekanikal.

2.6. RTC

Gambar 2.6. Pin RTC DS3231


14

Real-time clock ( RTC ) adalah integrated circuit yang berfungsi menunjukan waktu

sebenarnya ( current time ) secara terus menerus. Informasi tersebut dapat dibaca oleh

mikroprosesor, biasanya melalui interface untuk memfasilitasi software yang bergantung

pada waktu, supaya dapat bekerja dengan baik. RTC seperti pada gambar 2.6. tidak

membutuhkan banyak daya, sehingga RTC dapat terus bekerja meskipun sistem utamanya

berhenti bekerja dan dapat menunjukan waktu sebenarnya. RTC biasa digunakan hampir

pada semua instrumentasi, bidang otomasi hingga house metering. RTC biasanya

dihubungkan dengan peralatan lain, seperti IC untuk komunikasi broadband yang digunakan

pada radio mobil [15].

Gambar 2.7. Siklus perhitungan RTC

Siklus perhitungan dari oscillator seperti pada gambar 2.7, dapat dipertahankan oleh

RTC, biasanya clock eksternal sebesar 32.768kHz, kapasitor internal berbasis oscilator, atau

embedded quartz crystal. RTC dapat mendeteksi ripple 50/60Hz pada power supply utama

atau mendeteksi dan mengakumulasi transisi yang muncul dari epoch unit dari GPS. RTC

yang dapat melakukan operasi seperti phase locked loop (PLL), menggeser referensi clock

internal dari RTC menjadi “lock” ke external signal. Jika RTC kehilangan referensi


15

eksternal, RTC dapat mendeteksi hal tersebut (karena PLLnya tidak terkunci) dan free run

dari osilator internal. Beberapa jenis RTC dapat mempertahankan pengaturan oscilator pada

titik terakhir yang diketahui sebelum terkunci dengan input.

Sebuah RTC yang dijalankan dari referensi internalnya sendiri akan menyebabkan

error yang berkaitan dengan akurasi absolut dari referensi crystal, RTC juga dipengaruhi

oleh sejumlah kondisi termasuk suhu. Crystal dapat beroprasi pada rentang suhu yang telah

ditentukan, biasanya sekitar -10 ° C ~ 60 ° C - dan akurasinya berkurang jika diluar rentang

suhu yang telah ditentukan.

Daya yang dibutuhkan oleh RTC harus berkelanjutan dan sangat rendah. Daya yang

digunakan RTC berasal dari sirkuit digital ketika perangkat aktif, tetapi beralih ke sumber

daya yang terhubung terus-menerus ketika sirkuit dimatikan. Sumber daya ini dapat berupa

baterai khusus, superkapasitor yang terisi daya, atau catu daya terpisah dari listrik.

Banyak RTC dapat mendeteksi perubahan ini dan masuk ke kondisi daya sangat

rendah ketika daya semua sirkuit dimatikan kecuali sirkuit yang penting untuk menjaga

clock agar menghemat baterai. RTC juga dapat menjalankan fungsi alarm, ketika waktu yang

telah ditentukan tercapai sehingga memicu RTC untuk mengeluarkan output yang dapat

membangunkan prosesor.

2.7. Modul Sensor Cahaya LDR

Gambar 2.8. Light Dependent Resistor


16

LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor yang nilai

resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenai sensor.

LDR seperti pada gambar 2.8, dapat digunakan sebagai sensor cahaya. Nilai resistansi dari

sensor ini sangat bergantung pada intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya yang

mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya jika semakin

sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai hambatannya akan menjadi

semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat [16]. Sensor LDR ini akan

digunakan untuk mengendalikan lampu sebagai pengganti matahari, ketika sensor LDR

mendeteksi adanya sinar matahari maka lampu akan mati dan ketika sensor LDR tidak

mendeteksi adanya sinar matahari maka lampu akan menyala.

2.8. Modul Relay

Gambar 2.9. Modul Relay 2 Channel

Relay pada dasarnya adalah saklar yang dioperasikan secara elektrik atau

elektromekanis. Relay adalah sakelar elektromagnetik yang dioperasikan oleh arus listrik


17

yang relatif kecil yang dapat menghidupkan atau mematikan arus listrik yang jauh lebih

besar. Inti dari sebuah relay adalah sebuah elektromagnet berupa gulungan kawat yang

menjadi magnet sementara ketika dialiri listrik. Relay dapat mengendalikan sebuah

rangkaian elektronik dengan membuka dan menutup kontak di rangkaian lain. Relay pada

dasarnya memiliki dua kondisi, normally open dan normally closed. Pada relay normally

open (NO), kontak dalam kondisi terbuka ketika tidak dialiri arus, dan ketika dialiri arus

maka kontak tertutup. Pada relay normally closed (NC), kontak dalam kondisi tertutup ketika

tidak dialiri arus, dan ketika dialiri arus maka kontak terbuka [17]. Beberapa relay juga bisa

digabungkan menjadi sebuah modul seperti pada gambar 2.9 yaitu modul relay 2 channel

yang terdiri dari 2 buah relay.

Relay biasa digunakan untuk mengalihkan arus yang lebih kecil pada rangkaian

kontrol dan tidak digunakan untuk mengendalikan alat yang membutuhkan daya besar

kecuali motor kecil dan solenoid yang membutuhkan arus kecil. Relay juga banyak

digunakan untuk mengganti koil start, elemen pemanas, lampu pilot, dan alarm suara.

2.9. Lampu LED Biru dan Merah

Gambar 2.10. Rangkaian Lampu

LED atau Light Emitting Diode adalah suatu semikonduktor yang memancarkan

cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan. Lampu LED yang


18

digunakan akan dihubungkan menggunakan relay untuk menghubungkannya ke sumber

tegangan karena raspberry tidak bisa memberi tegangan yang cukup untuk menghidupkan

lampu LED seperti pada gambar 2.10. Lampu LED digunakan untuk hidroponik

berhubungan dengan panjang gelombangnya yang cocok untuk proses fotosintesis tanaman.

Lampu LED dapat meningkatkan proses pertumbuhan tanaman sehingga dapat menjadi

lebih optimal [18].

Lampu LED yang cocok untuk digunakan pada hidroponik khususnya tanaman selada

dan lobak adalah lampu berwarna merah, biru dan sedikit warna hijau akan membantu proses

pertumbuhan dan perkembangan tanaman. LED merah memiliki panjang gelombang sekitar

625 - 660 nm dan LED biru memiliki panjang gelombang sekitar 450 - 465 nm. Penggunaan

kombinasi antara lampu LED berwarna merah dan biru akan meningkatkan pertumbuhan

tanaman menjadi lebih baik [19]. Lampu LED akan digunakan sebagai pengganti sinar

matahari, sensor LDR akan digunakan sebagai acuan untuk lampu LED. Ketika cahaya

matahari dideteksi oleh sensor LDR sudah cukup maka lampu akan mati tetapi ketika sensor

LDR tidak mendeteksi adanya cahaya matahari yang cukup seperti pada saat mendung atau

berawan, maka lampu akan hidup. Jarak antara lampu dengan tanaman setiap masa

pertumbuhan berbeda, namun kebutuhan cahaya yang dibutuhkan tanaman harus memenuhi

jumlah lux yang dibutuhkan, hal tersebut dapat diatur melalui jarak antara lampu dengan

tanaman sesuai dengan kebutuhan.

LED yang akan digunakan Surface Mount Device LED yaitu metode untuk membuat

sirkuit elektromagnetik dengan komponen – komponen dibentuk langsung dalam PCB.

Teknologi SMD LED lebih efektif dan lebih terang dari LED biasa [20]. Ukuran SMD LED

lebih kecil dan ringan, konsumsi daya pun lebih rendah yaitu berkisar antara 2 sampai 6 volt,

dengan arus 0.02 A sampai 0.03 A. Satu strip SMD LED terdiri atas 3 LED dan 2 resistor

seperti pada gambar 2.11.

Gambar 2.11. SMD LED


19

2.10. Sensor TDS

Gambar 2.12. Skematik Total Dissolved Solid Dfrobot

Sensor analog TDS pada gambar 2.12, adalah sebuah sensor untuk mengukur bahan

padat yang terlarut dalam satu liter air dengan satuan parts-per million. Semakin tinggi nilai

TDS maka semakin banyak bahan padat yang terlarut dalam air, dan sebaliknya semakin

rendah nilai TDS maka semakin sedikit bahan padat yang terlarut dalam air [21]. Moul

sensor TDS mendapat nilai pengkuran dari bagian probe yang dicelupkan ke dalam air yang

terhubung dengan modul probe, kemudian nilai pengukuran tersebut akan diolah pada

Arduino, pada penggunaan pertama kali modul sensor harus dikalibrasi. Sensor analog TDS

mendapat tegangan masukan dari Arduino yang akan digunakan sebagai tegangan referensi

untuk menentukan nilai ADC, sedangkan nilai analog didapat dari probe yang dicelupkan

dalam cairan. Listrik dialirkan pada probe dengan dua elektroda berbeda yang dicelupkan

dalam cairan, kemudian arus yang timbul karena perpindahan ion-ion akan digunakan untuk

mengukur konduktivitas cairan, semakin banyak jumlah ion yang ada maka semakin tinggi

konduktivitas cairan, semakin sedikit jumlah ion ada maka semakin rendah konduktivitas

cairan. Pada pengukuran total dissolved solids, semakin banyak partikel terlarut maka

semakin tinggi jumlah ion sehingga semakin tinggi konduktivitas air dan sebaliknya.

Pengukuran konduktivitas tersebut juga bergantung suhu referensi yaitu 25 derajat celcius.


20

Gambar 2.13. Skematik Total Dissolved Solid Dfrobot

Sensor Analog TDS ini terdiri dari dua bagian, yaitu Signal Transmitter Board dengan

spesifikasi pada tabel 2.1. dan Signal Transmitter Probe dengan spesifikasi pada tabel 2.2,

kedua bagian tersebut terdapat pada gambar 2.13.

Tabel 2.1. Spesifikasi Signal Transmitter Board

No Variabel Keterangan

1 Tegangan Masukkan 3,3 volt sampai 5,5 volt

2 Tegangan Keluaran 0 volt sampai 2,3 volt

3 Arus 3 sampai 6 mili Ampere

4 Range pengukuran TDS 0 sampai 1000 part per million

5 Akurasi pengukuran ± 10 %

6 Koneksi elektroda XH2.54-2P

7 Koneksi modul PH2.0-3P

Tabel 2.2. Spesifikasi Signal Transmitter Probe


1 Jumlah Jarum 2 buah

2 Panjang 83 cm

3 Koneksi XH2.54-2P

4 Jenis probe Tahan air


21

2.11. Sensor pH

Gambar 2.14. Gambar Sensor pH

PH meter adalah alat ukur untuk mengukur derajat keasaman atau kebasaan suatu

cairan, pada Ph meter digital terdapat elektroda khusus yang berfungsi untuk mengukur pH

bahan-bahan semi padat [22]. PH meter ini terdiri dari dua bagian yaitu elektroda (probe

pengukur), penghubung probe dan rangkaian seperti pada gambar 2.14. Probe atau Elektroda

berbentuk batang seperti struktur biasanya terbuat dari kaca. Pada bagian bawah elektroda

ada bohlam, bohlam merupakan bagian sensitif dari probe yang berisi sensor. Dalam probe

terdapat dua elektroda, masing – masing elektroda terpisah, elektroda tersebut tidak seperti

elektroda normal (potongan sederhana dari kawat logam); masing-masing memiliki mini

chemical set. Pada elektroda pertama yaitu elektroda kaca terdapat kawat listrik perak dalam

larutan kalium klorida yang terletak di dalam membran tipis yang terbuat dari kaca khusus

yang mengandung garam logam (biasanya senyawa natrium dan kalsium). Elektroda kedua

disebut elektroda referensi yang memiliki kawat kalium klorida dalam larutan kalium

klorida.

Kalium klorida di dalam elektroda kaca adalah larutan netral dengan pH 7, sehingga

mengandung sejumlah ion hidrogen (H +). Perdaann pH larutan diukur pada Elektroda gelas

dengan mengukur perbedaan voltase yang dihasilkan oleh ion hidrogen masing – masing

larutan. Ion hidrogen yang bergerak ke arah permukaan luar dari elektroda kaca


22

menggantikan beberapa ion logam di dalamnya, sementara beberapa ion logam bergerak dari

elektroda kaca ke larutan, proses ini disebut pertukaran ion. Penukar ion juga terjadi pada

permukaan bagian dalam elektroda gelas dari larutan. Kedua larutan di masing - masing sisi

kaca memiliki keasaman yang berbeda, sehingga jumlah pertukaran ion yang berbeda terjadi

di kedua sisi gelas. Ini menciptakan tingkat aktivitas hidrogen-ion yang berbeda pada dua

permukaan kaca, yang berarti jumlah muatan listrik yang berbeda menumpuk di atasnya.

Beda potensial atau tegangan kecil yang terjadi karena perbedaan muatan muncul di antara

kedua sisi kaca, yang menghasilkan perbedaan tegangan antara elektroda perak dan

elektroda referensi yang muncul sebagai hasil pengukuran.

Pada PH Meter terdapat sebuah LED sebagai indikator, konektor BNC dan interface

sensor PH2.0 yang akan digunakan untuk menghubungkan analog input Arduino dengan

sensor. Spesifikasi Modul sensor pH terdapat pada tabel 2.3.

Tabel 2.3. Spesifikasi Modul Sensor pH


1 Tegangan Masukkan 5 0.2V (AC DC)

2 Arus Kerja 5 sampai 10 mili Ampere

3 Range pengukuran pH 0 - 14

4 Range Suhu -10 sampai 50 derajat celcius

5 Response Time 5 detik

6 Settling Time 60 detik

7 Output Analog

2.12. Arduino Mega 2560

Gambar 2.15. Gambar Arduino Mega 2560


23

Arduino Mega 2560 adalah mikrokontroler berbasis Atmega2560. Kelebihan Arduino

Mega adalah memiliki memory dan pin I/O yang lebih banyak daripada mikrokontroler pada

umumnya yaitu 54 pin I/O digital ( 15 pin digunakan untuk PWM ) dan 16 pin analog seperti

pada gambar 2.16. Arduino Mega ini menggunakan clock dengan frekuensi 16MHz. Pada

Arduino Mega 2560 tersedia dua buah pin untuk tegangan masukkan yaitu 5 volt dan 3.3

volt [23].

Gambar 2.16. Gambar Pin Arduino Mega 2560

2.13. Raspberry Pi 3

Gambar 2.17. Fitur pada Raspberry Pi 3


24

Raspberry Pi 3 adalah sebuah keping komputer kecil dengan CPU, GPU, port USB

dan pin masukan keluaran yang dapat melakukan beberapa fungsi seperti komputer.

Raspberry Pi 3 yang akan digunakan adalah model b, Raspberry Pi 3 memiliki perubahan

fitur yang signifikan yaitu Network Boot, USB Boot, dan wifi seperti pada gambar 2.17.

Raspberry Pi 3 memiliki 40 pin GPIO [24]. Raspberry Pi 3 juga memiliki fitur untuk

Graphical User Interface (GUI). Raspberry Pi 3 akan digunakan sebagai sistem kontrol untuk

alat, data dari sensor yang dihubungkan ke Arduino akan dikirim ke Raspberry Pi untuk

diproses sehingga dapat digunakan untuk sistem kontrol, selain itu data tersebut akan

ditampilkan pada GUI yang dapat dibuat pada Raspberry Pi serta data tersebut akan dikirim

melalui internet. Fitur wifi pada Raspberry Pi 3 ini akan digunakan untuk mengirimkan data

melalui internet ke aplikasi cayenne myDevice [25].

Seperti pada gambar 2.18. pada Raspberry Pi tersedia berbagai macam pin seperti pin

sumber tegangan, pin sistem komunikasi, ground, serta pin GPIO atau General-Purpose

Input Output. Pin GPIO dapat digunakan untuk menghubungkan Raspberry Pi dengan

perangkat – perangkat lain seperti sensor dan akuator. Data dapat dikirim dan diterima

melalui pin tersebut, data dari sensor dapat dikirim ke Raspberry Pi dan Raspberry Pi pun

dapat mengirimkan data atau perintah ke aktuator. GPIO memungkinkan Raspberry Pi untuk

mengirim dan menerima perintah serta data dari alat lain seperti Arduino.

Gambar 2.18. Pin pada Raspberry Pi 3


25

2.14. Cayenne myDevice

Gambar 2.19. Dashboard Cayenne myDevices

Cayenne adalah sebuah aplikasi yang dipublikasikan oleh myDevices. Cayenne adalah

sebuah dashboard berbasis web dan aplikasi android yang memungkinkan untuk mengatur

banyak device dalam sebuah panel kontrol dari jarak jauh seperti pada gambar 2.19. ( sampai

saat ini hanya Arduino dan Raspberry Pi yang dapat terhubung ) [26]. Cayenne dapat

digunakan untuk mewujudkan kebutuhan jaman sekarang untuk Internet of Things dan

kesulitan dalam menghubungkan peralatan elektronik dengan sangat mudah, dan sampai saat

ini masih dapat digunakan secara gratis.

Cayenne dapat digunakan secara gratis, hanya dengan mengunduh aplikasi cayenne

pada smartphone , cayenne dapat digunakan langsung untuk terhubung dengan

mikrokontroler yang akan digunakan melalui sambungan wifi. Setelah tersambung dan

melakukan beberapa pengaturan, cayenne dapat digunakan untuk menambahkan pengaturan

untuk alat tambahan seperti sensor, lampu, motor, valve, relay dan aktuator lainnya, dapat

juga ditambahkan pengaturan untuk tambahan analog, digital dan PWM. Melalui cayenne

juga dapat dilakukan pengaturan GPIO Interface via dashboard cayenne. Tampilan pada

dashboard cayenne dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Cayenne memiliki data berbagai


26

jenis sensor atau perangkat yang dapat digunakan untuk sebagai widget yang akan

ditampilkan pada dashboard, namun tidak semua sensor sudah ada dalam data cayenne.

Ketika sensor yang diinginkan untuk digunakan pada dashboard belum ada pada cayenne

maka fitur Bring Your Own Thing bisa digunakan untuk menambahkan custom widget atau

tampilan secara manual dengan mengisi informasi sensor yang digunakan seperti nama

sensor, jenis sensor, bentuk data tampilan yang diingikan seperti data analog atau data

digital, icon widget seperti pada gambar 2.20.

Gambar 2.20. Fitur Bring Your Own Thing

Data yang tertampil pada widget dihubungkan dengan protokol jaringan MQTT yang

menggunakan TCP / IP, penggunaan MQTT memungkinkan untuk terjadinya koneksi dua

arah seperti memberikan perintah untuk mematikan perangkat dengan menekan tombol

shutdown. Kondisi penggunaan RAM, suhu dari mikrokontroler serta informasi lain terkait

mikrokontroler juga dapat dipantau seperti pada gambar 2.21. Sehingga cayenne dapat

digunakan untuk memantau informasi yang dibutuhkan dari jarak jauh, seperti untuk

mengetahui nilai yang dibaca sensor TDS, sensor pH, kondisi motor, kondisi lampu dan

kondisi diaphragm pump.


27

Gambar 2.21. Kondisi Raspberry Pi

2.15. Hukum Ohm dan Daya

Hukum Ohm adalah hubungan antara arus, tegangan dan hambatan. Arus diartikan

sebagai aliran positif dari sumber menuju negatif sumber dengan satuan Ampere (A).

Tegangan diartikan sebagai jumlah yang dibutuhkan untuk mengalirkan arus dengan satuan

Volt (V). Hambatan adalah lawan dari aliran arus, aliran arus dihalangi oleh hambatan [27].

𝑉 = 𝐼 𝑥 𝑅 (2.1)

Keterangan :

V = Tegangan ( Volt )

I = Arus ( Ampere )

R = Hambatan ( Ohm )

Selain 3 variabel diatas ada satu varibel lain yaitu daya. Daya diartikan sebagai besar

energi yang dikonsumsi atau dihasilkan dalam sebuah rangkaian dengan satuan Watt ( W ).

𝑃 = 𝑉 𝑥 𝐼 (2.2)

Keterangan :

P = Daya ( Watt )


28

BAB III

RANCANGAN PENELITIAN

3.1. Model Sistem

Proses sistem seperti terdapat pada gambar 1.1., dimulai pada saat tombol start ditekan

lalu nilai – nilai awal pada sensor serta kondisi awal motor, lampu, diaphragm pump nutrisi

a dan diaphragm pump nutrisi b akan diatur dan dimunculkan pada GUI, selanjutnya sensor

TDS dan pH akan langsung melakukan pengukuran terhadap nilai total dissolved solids

dalam air dengan satuan ppm. Data yang diperoleh merupakan data analog yang diambil

oleh Arduino untuk dikonversi ke dalam bentuk data digital melalui pengolahan dan

perhitungan yang dilakukan dalam program Arduino untuk masing – masing pH dan TDS.

Setelah itu data pH dan TDS yang sudah diolah dikirimkan ke Raspberry Pi 3 melalui

komunikasi serial untuk ditampilkan pada GUI dan dikirim ke aplikasi Cayenne melalui

jaringan internet yang sama. Selain ditampilkan, data TDS juga akan digunakan untuk

menentukan perintah apa yang akan dilakukan pada proses selanjutnya, sedangkan untuk

data pH hanya akan ditampilkan karena tidak ada proses lebih lanjut karena nilai pH tidak

berubah terlalu drastis dan aman untuk tanaman seperti yang sudah dijelaskan pada sub bab

2.1. Bila nilai ppm yang terbaca oleh sensor belum memenuhi batas nilai yang diinginkan

maka diaphragm pump yang dikendalikan oleh Raspberry Pi 3 akan bekerja untuk memulai

proses pemberian nutrisi. Diaphragm pump akan aktif sehingga cairan nutrisi bisa dialirkan

ke dalam bak penampung air utama selanjutnya bercampur ke dalam air supaya dapat

meningkatkan nilai TDS dalam air supaya dapat memenuhi keadaan TDS yang diinginkan

dengan cara mengatur durasi hidup diaphragm pump supaya dapat mengeluarkan cairan

nutrisi sesuai dengan jumlah yang sesuai, setelah diaphragm pump mati maka motor

pengaduk air yang dikendalikan oleh Raspberry Pi akan aktif untuk mengaduk air selama 10

detik supaya nutrisi dapat tercampur secara merata dengan air dan pembacaan sensor TDS

akan menjadi lebih akurat, setelah itu kondisi ppm air akan kembali diukur oleh Sensor TDS,

bila nilai ppm air sudah memenuhi maka akan ada waktu delay proses pemberian nutrisi

berikutnya. Semua nilai atau keadaan setiap alat seperti diaphragm pump, motor dan sensor

– sensor dapat diketahui melalui GUI dan juga dikirim melalui jaringan internet yang sama

supaya dapat dipantau melalui jarak jauh yaitu menggunakan aplikasi Cayenne. Untuk

menghentikan keseluruhan proses terdapat tombol berhenti. Ketika tombol berhenti ditekan


29

maka semua proses akan berhenti, namun bila proses sedang berjalan maka proses akan

diselesaikan terlebih dahulu baru kemudian semuanya mati.

3.2. Perancangan Perangkat Keras

Perancangan perangkat keras pada penelitian ini terdiri dari Arduino dan sensor -

sensor yang ada akan dipasang pada plant utama yaitu talang dan bak penampung air, lalu

Arduino akan dihubungkan ke Raspberry Pi, selanjutnya Raspberry Pi akan dihubungkan ke

perangkat keras yang akan dikontrol seperti relay – relay, motor, diaphragm pump dan

lampu.

3.2.1. Plant Hidroponik sistem NFT

Gambar 3.1. Rancangan Plant Hidroponik Sistem NFT

Pada plant hidroponik yang akan dibuat menggunakan sistem NFT berbahan dasar

pipa dan akan dilubangi serta dihubungkan dengan urutan berundak-undak, selain itu akan

dibuat juga bak penampungan air secara terpisah untuk tempat penampungan air dan

pencampuran nutrisi yang dihubungkan dengan pipa kecil dari pompa air yang berada di

dalam bak penampungan air menuju baris pipa paling atas dan pada bagian baris pipa paling

bawah terdapat sebuah pipa kecil yang kembali mengalir ke bak penampungan untuk


30

menampung air yang dipompa ke pipa paling atas. Sementara bak penampungan nutrisi a

dan b terletak diatas bak penampungan yang dihubungkan dengan pipa serta dibatasi oleh

diaphragm pump untuk pemberian nutrisi seperti pada gambar 3.1. Selain pompa air, sensor

TDS, sensor pH dan motor pengaduk akan berada di dalam bak penampungan air. Untuk

mikrokontroler akan ditempatkan diatas bak penampungan dan dibawah bak nutrisi.

Gambar 3.2. Rancangan Plant Hidroponik Sistem NFT

Pada plant hidroponik akan terdapat 4 baris pipa berdiameter 6.3 cm dengan panjang

1 meter seperti pada gambar 3.2 , pada pipa talang paling atas terdapat 2 lubang, lubang

pertama yang terletak di ujung kanan terhubung dengan pipa berukuran 0.5” yang mendapat

masukan air dari pompa air dari bak penampungan air, lubang kedua yang terletak di ujung

kiri terhubung dengan pipa talang dibawahnya dengan pipa berukuran 0.5”, kemudian pipa

ke dua dan ke tiga juga dihubungkan dengan pipa 0.5” dengan posisi yang sama. Untuk pipa

talang ke empat terdapa dua lubang yaitu yang terhubung dengan lubang pipa ketiga dan

lubang yang terletak di kanan pipa untuk mengalirkan air kembali ke bak penampung air.

Masing – masing pipa palang akan dilubangi sebanyak 4 buah lubang besar dengan ukuran

lubang berdiameter 5 cm, pada penanaman tanaman menggunakan hidroponik tidak boleh

terlalu dekat sehingga dibutuhkan jarak antar tanaman, jarak antara lubang yang dibuat


31

adalah 15 cm. Setiap talang diposisikan miring sekitar 5 derajat supaya air dapat mengalir ,

bila talang diposisikan lurus maka air tidak dapat mengalir dengan lancar ke bawah dan

malah menggenang, hal tersebut harus dihindari karena ketika akar tanaman terendam dalam

waktu yang lama maka akan meningkatkan resiko menjadi busuk seperti yang sudah

dijelaskan pada sub bab 2.3. Kemiringan talang dapat diatur sesuai dengan kebutuhan

mengacu pada ketinggian air yang mengalir di dalam talang yaitu berkisar antara 1 sampai

2 centimeter.

Gambar 3.3. Dimensi Bak Penampungan Air dan Nutrisi

Nutrisi yang digunakan ada dua yaitu nutrisi a dan b, sehingga tempat nutrisi a dan b

harus dipisah, begitu juga dengan diaphragm pump yang digunakan. Bak nutrisi a dan b

memiliki dimensi yang sama yaitu 27 cm x 24 cm x 20 cm, sedangkan untuk bak

penampungan air nutrisi memiliki dimensi 50 cm x 50 cm x 40 cm seperti pada gambar 3.3.

Nutrisi a dan b memiliki jumlah tertentu untuk dimasukkan ke dalam air sehingga dipisah

dan memang nutrisi a dan b tidak boleh dicampur sebelum dimasukan ke dalam air. Tempat

diaphragm pump dan bak nutrisi terletak di sebelah bak penampung air. Diaphragm pump

terletak diatas penutup bak nutrisi yang ditempatkan di kotak berbeda untuk menghindari

resiko alat – alat terkena air bila terjadi kebocoran pada pompa nurisi. Pompa air, sensor


32

TDS dan sensor pH berada di dalam bak penampung, begitu juga dengan motor pengaduk

yang akan digunakan untuk mengaduk air serta nutrisi sebelum kembali dialirkan dan

diambil nilainya dan pompa air yang digunakan untuk mengalirkan air. Motor pengaduk

beserta kabel – kabel ditempatkan di dalam pipa pada bagian atas bak penampung yang

digunakan sebagai penyangga motor pengaduk.

Gambar 3.4. Dimensi dan Isi Bak Penampungan

Bagian dalam dari bak penampungan berisi motor, pengaduk, sensor TDS dan pompa

air dengan posisi seperti pada gambar 3.4. Sensor TDS akan selalu berada didalam air untuk

mengukur kandungan TDS pada air. Setelah nilai nutrisi yang dibaca oleh TDS tidak

memenuhi ketentuan maka solenoid valve diatas akan bekerja dan cairan nutrisi akan masuk,

kemudian pengaduk akan mengaduk cairan supaya tercampur merata sehingga air yang

dipompa oleh pompa air tidak sepenuhnya berisi cairan nutrisi.

3.2.2. Perancangan Rangkaian Utama

Rangkaian Utama secara keseluruhan seperti gambar 3.5, terdiri dari Modul Sensor

TDS, Modul Sensor pH yang terhubung dengan Arduino untuk mendapatkan nilai

analognya, kemudian di dalam Arduino nilai pengukuran tersebut diolah supaya datanya


33

menjadi digital dan kemudian di kirim ke Raspbery Pi melalui komunikasi serial.

tugas akhir sistem kendali hidroponik dalam ruangan...

Documents