PERANCANGAN
UNIVERSITAS GUNADARMA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
TULISAN PERANCANGAN
PROTOTIPE ALAT PENYIRAM TANAMAN OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR KELEMBABAN BERBASIS ARDUINO UNO
Nama : Angga Febriano (10417750
Daffa Rieza A (11417405)
M. Ridho Alawi (13417798)
Syamsi Prakoso (1B419862)
Jurusan : Teknik Elektro
Mata Kuliah : Pemrog Kasus Teknik Elektro
Depok
2020
I. PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Tanaman merupakan salah satu makhluk hidup yang membutuhkan air untuk perkembangan hidupnya. Tanah yang subur merupakan salah satu syarat agar tanaman dapat tumbuh dengan baik. Tingkat kesuburan dapat dipengaruhi dengan intensitas air yang dikandungnya. Dalam prakteknya, manusia masih mengalami kendala dalam merawat tanaman, mulai dari kadar air pada tanaman sampai sibuknya manusia dalam beraktivitas sehingga tidak teratur dalam memantau tanaman untuk menyiramnya.
Perkembangan sistem teknologi di Indonesia, membawa suatu perubahan dan tuntutan dalam segala bidang kehidupan, yang tentunya akan membawa kepada suatu arah perubahan yang lebih maju dan memudahkan kegiatan manusia. Perkembangan teknologi khususnya pada otomatisasi kendali suatu sistem, semakin hari semakin menarik untuk dikembangkan dengan sistem otomatisasi ini dapat memudahkan peran manusia dalam menyelesaikan setiap pekerjaannya dengan ringan, dan efisien. Salah satu contoh yang dapat diterapkan dari teknologi tersebut adalah sistem penyiraman tanaman. Penyiraman tanaman erat hubungannya dengan kelembaban air dalam tanah. Kebutuhan air yang tetap merupakan salah satu hal yang sangat penting. Kekurangan kadar air atau kelebihan kadar air dapat mengakibatkan tanaman tidak dapat tumbuh dengan baik, sehingga, diperlukan suatu sistem yang dapat bekerja secara otomatis untuk melakukan penyiraman tanaman.
Dengan latar belakang ini maka dirancang sebuah alat penyiram tanaman otomatis mengunakan sensor kelembaban tanah kemudian diproses oleh Arduino UNO dan diinstruksikan kepada LCD untuk menampilkan nilai kelembaban tanah. Oleh karena itu, penulisan ini membahas tentang otomatisasi penyiram tanaman otomatis.
I.2. Batasan Masalah
Mengingat banyaknya perkembangan yang bisa ditemukan dalam permasalahan ini, maka perlu adanya batasan-batasan masalah yang jelas mengenai apa yang dibuat dan diselesaikan dalam penelitian ini. Adapun batasan-batasan masalah yaitu Pembahasan sensor kelembaban tanah sebagai pengukur kelembaban tanah. Mikrokontroller yang digunakan adalah arduino yang berfungsi sebagai pengontrol dari tegangan yang masuk. Display LCD yang digunakan hanya berfungsi sebagai penampil hasil. Membatasi pengukuran pada 2 kondisi kering dan basah.Pengujian hanya membahas pada bagian penyiraman.
I.3. Tujuan Penelitian
Dalam suatu penulisan, tentunya dibutuhkan suatu tujuan untuk merancang dan menganalisa. Adapun tujuannya sebagai berikut:
1. Membuat prototipe penyiram tanaman otomatis berbasis arduino UNO.
2. Menganalisa kerja alat pada 3 jenis media tanam.
.
I.4. Metode Penulisan
Metode penelitian yang digunakan dalam pembuatan alat ini menggunakan beberapa tahapan.
1. Tahap Perencanaan
Pada tahap ini telah melakukan persiapan melalui studi pustaka untuk mencari teori penunjang dan mengambil sumber-sumber informasi atau referensi pada buku dan internet.
2. Tahap perancangan
Pada tahap ini membuat pada sistem hardware dan software sehingga untuk menentukan komponen-komponen suatu sistem yang akan dibuat dengan mempertimbangkan faktor-faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah ditentukan.
3. Tahap Pengujian
Pada tahap ini untuk mengetahui apakah alat berjalan dengan baik. Proses pengujian dan pengambilan data. Teknik pengambilan data yang dilakukan dengan cara menguji sistem secara keseluruhan sistem dengan menggabungkan.
I.5. Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika penulisan ini yaitu:
I. PENDAHULUAN
Pada bagian ini merupakan bagian awal dari penulisan sebagai pengantar untuk menjelaskan isi penelitian secara umum. Dalam bab ini terdapat uraiaian mengenai latar belakang masalah, batasan masalah, rumusan masalah, tujuan penelitian, metode penelitian, dan sistematika penulisan.
II. LANDASAN TEORI
Pada bab ini berisi tentang landasan teori yang digunakan dalam penelitian. Secara umum, terdapat beberapa materi yang akan dibahas pada bab ini yaitu dasar teori tentang Arduino UNO, sensor kelembaban, buzzer, modul relay dan pompa air.
III. PERANCANGAN DAN CARA KERJA ALAT
Bab ini berisi perancangan penyiram tanaman otomatis menggunakan Arduino UNO yang terdiri dari gambaran umum alat, blok diagram, flowchart, dan cara kerja.
II. LANDASAN TEORI
II.1. Arduino UNO
Arduino UNO adalah sebuah board mikrokontroler yang di dasarkan pada atmega328 (datasheet). Arduino UNO mempunyai 14 pin digital input/output (6 diantaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuah tombol reset. Arduino UNO memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah komputer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya. [4]
Arduino UNO R3 merupakan versi terkini dari board standar arduino. Yang membedakan dari Arduino UNO versi sebelumnya yang sudah tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Sekarang, arduino UNO menggunakan fitur atmega16U2 (atmega8U2 sampai dengan versi R2) yang diprogram sebagai konverter USB-to-serial. [4]
Arduino UNO R3 memiliki spesifikasi sebagai berikut: [4] Chip mikrokontroler ATmega328.
• Terdapat 2 port power utama, yaitu mini USB dan port adaptor.
• Komponen XTAL dengan frekuensi 16 MHz.
• Input tegangan dengan range 7-12 V (range maksimal 6-20 V).
• Pin I/O digital sebanyak 14 pin (0-13) dengan fungsi khusus pada beberapa pin, diantaranya: o Port 0 dan 1 dapat digunakan untuk komunikasi serial (TX dan RX).
o Port 3, 5, 6, 9, 10, dan 11 dapat digunakan sebagai port PWM (Pulse Width Modulaion) yang dapat merubah lebar pulsa dari suatu sinyal digital.
• Pin analog sebanyak 6 pin (A0-A5). Pin ini berfungsi sebagai input dalam proses ADC (Analog to Digital Conversion).
4
• Terdapat pin tegangan pada papan board arduino UNO R3, yakni sebagai berikut: o Pin output tegangan 3,3 V dan 5 V. o Pin GND sebanyak 3 buah.
o Pin Vin, yang berfungsi sebagai port input tegangan pada arduino.
• Flash memory sebesar 32 KB, dengan 0,5 KB digunakan untuk menyimpan bootloader pada sistem arduino.
• SRAM sebesar 2 KB dan EEPROM sebesar 1 KB dari spesifikasi atmega328 arduino UNO memiliki 6 pin (A0-A5) sebagai input ADC (Analog to Digital Conversion) yang dapat memperoses inputan analog dan merubah sinyal analog kedalam sinyal digital. Pin analog arduino dapat menerima nilai hingga 10 bit sehingga dapat mengkonversi data analog menjadi 1024 keadaan (2^10=1024). Artinya nilai 0 mempresentasikan tegangan 0 volt dan nilai 1023 merepresentasikan tegangan 3,3 volt, sehingga dapat dirumuskan menjadi persamaan 2.1
……………...... (2,1)
“Uno” berarti satu dalam bahasa Italia dan dinamai untuk menandakan keluaran (produk) arduino 1.0 selanjutnya. arduino UNO dan versi 1.0 akan menjadi referensi untuk versi-versi arduino selanjutnya. Arduino UNO adalah sebuah seri terakhir dari board arduino USB dan model referensi untuk papan arduino, untuk suatu perbandingan dengan versi sebelumnya.
II.1.1. Daya (Power)
Arduino UNO dapat disuplai melalui koneksi USB atau dengan sebuah power suplai eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Suplai eksternal (non-USB) dapat diperoleh dari sebuah adaptor AC ke DC atau baterai. Adaptor dapat dihubungkan dengan mencolokkan sebuah center-positive plug yang panjangnya 2,1 mm ke power jack dari board. Kabel lead dari sebuah battery dapat dimasukkan
dalam header/kepala pin Ground (Gnd) dan pin Vin dari konektor POWER Board arduino UNO dapat beroperasi pada sebuah suplai eksternal 6 sampai 20 Volt. Jika disuplai dengan yang lebih kecil dari 7 V, kiranya pin 5 Volt mungkin mensuplai kecil dari 5 Volt dan board Arduino UNO bisa menjadi tidak stabil. Jika menggunakan suplai yang lebih dari besar 12 Volt, voltage regulator bisa kelebihan panas dan membahayakan board arduino UNO. Range yang direkomendasikan adalah 7 sampai 12 Volt. Pin-pin dayanya adalah sebagai berikut: [4]
Gambar 2.1. Simbol dan Bentuk Fisik Arduino Uno
Tegangan input ke arduino board ketika board sedang menggunakan sumber suplai eksternal (seperti 5 volt dari koneksi USB atau sumber tenaga lainnya yang
diatur). [4]
II.2. Software Arduino
IDE merupakan kependekan dari Integrated Developtment Enviroenment, atau secara bahasa mudahnya merupakan lingkungan terintegrasi yang digunakan untuk melakukan pengembangan. Disebut sebagai lingkungan karena melalui software inilah arduino dilakukan pemrograman untuk melakukan fungsi-fungsi yang dibenamkan melalui sintaks pemrograman. [4]
Arduino menggunakan bahasa pemrograman sendiri yang menyerupai bahasa C. Bahasa pemrograman arduino (sketch) sudah dilakukan perubahan untuk memudahkan pemula dalam melakukan pemrograman dari bahasa aslinya.
Sebelum dijual ke pasaran, IC mikrokontroler arduino telah ditanamkan suatu program bernama bootlader yang berfungsi sebagai penengah antara compiler arduino dengan mikrokontroler. Arduino IDE dibuat dari bahasa pemrograman JAVA. Arduino IDE juga dilengkapi dengan library C/C++ yang biasa disebut wiring yang membuat operasi input dan output menjadi lebih mudah. Arduino IDE ini dikembangkan dari software processing yang dirombak menjadi arduino IDE khusus untuk pemograman. [4]
II.2.1. Menulis Sketch
Program yang ditulis dengan menggunaan arduino software (IDE) disebut sebagai sketch. Sketch ditulis dalam suatu editor teks dan disimpan dalam file dengan ekstensi .ino. Teks editor pada arduino software memiliki fitur” seperti cutting /paste dan seraching /replacing sehingga memudahkan kamu dalam menulis kode program.Pada software arduino IDE, terdapat semacam message box berwarna hitam yang berfungsi menampilkan status, seperti pesan error, compile, dan upload program. Di bagian bawah paling kanan software Arduino IDE, menunjukan board yang terkonfigurasi beserta COM ports yang
digunakan. [4]
Gambar 2.2. Software Arduino IDE
(Sumber: https://learn.adafruit.com/ladyadas-learn-arduino-lesson-number-
1/upload-your-first-sketch)
Tabel 2.1. Toolbar Software Arduino IDE
1.
|
Verify berfungsi untuk melakukan checking kode yang kamu buat apakah sudah sesuai dengan kaidah pemrograman yang ada atau belum.
|
2.
|
Upload berfungsi untuk melakukan kompilasi program atau kode yang kamu buat menjadi bahsa yang dapat dipahami oleh mesih alias si Arduino.
|
3.
|
New berfungsi untuk membuat sketch baru.
|
4.
|
Open berfungsi untuk membuka sketch yang pernah kamu buat dan membuka kembali untuk dilakukan editing atau sekedar upload ulang ke arduino.
|
5.
|
Save berfungsi untuk menyimpan sketch yang telah kamu buat.
|
6.
|
Serial monitor berfungsi untuk membuka serial monitor. Serial monitor disini merupakan jendela yang menampilkan data apa saja yang dikirimkan atau dipertukarkan antara arduino dengan sketch pada port serialnya. Serial monitor ini sangat berguna sekali ketika kamu ingin membuat program atau melakukan debugging tanpa menggunakan LCD pada arduino. Serial monitor ini dapat digunakan untuk menampilkan nilai proses, nilai pembacaan, bahkan pesan error.
|
II.3. Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah chip yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian elektronik dan umunya dapat menyimpan program didalamnya. Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU (Central Processing Unit), memori, I/O tertentu dan unit pendukung seperti Analog-to-Digital Converter (ADC) yang sudah terintegrasi di dalamnya. [13]
Kelebihan utama dari mikrokontroler ialah tersedianya RAM dan peralatan I/O pendukung sehingga ukuran board mikrokontroler menjadi sangat ringkas. Mikrokontroler MCS51 ialah mikrokomputer CMOS 8 bit dengan 4 KB flash PEROM (Programmable and Erasable Only Memory) yang dapat dihapus dan ditulisi sebanyak 1000 kali. Mikrokontroler ini diproduksi dengan menggunakan teknologi high density non-volatile memory. Flash PEROM on-chip tersebut memungkinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem (in-system programming) atau dengan menggunakan programmer non-volatile memory konvensional. Kombinasi CPU 8 bit serba guna dan flash PEROM, menjadikan mikrokontroler MCS51 menjadi mikrokomputer handal yang fleksibel. [13] Bentuk fisik mikrokontroler dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Bentuk Fisik Mikrokontroler (Sumber: https://www.immersa-lab.com/jenis-jenis-mikrokontroler.htm)
Kelebihan Sistem Dengan Mikrokontroler: [9]
• Penggerak pada mikrokontoler menggunakan bahasa pemograman assembly dengan berpatokan pada kaidah digital dasar sehingga pengoperasian sistem menjadi sangat mudah dikerjakan sesuai dengan logika sistem (bahasa assembly ini mudah dimengerti karena menggunakan bahasa assembly aplikasi dimana parameter input dan output langsung bisa diakses tanpa menggunakan banyak perintah).
• Sistem running bersifat berdiri sendiri tanpa tergantung dengan komputer sedangkan parameter komputer hanya digunakan untuk download perintah instruksi atau program. Langkah-langkah untuk download komputer dengan mikrokontroler sangat mudah digunakan karena tidak menggunakan banyak perintah.
• Pada mikrokontroler tersedia fasilitas tambahan untuk pengembangan memori dan I/O yang disesuaikan dengan kebutuhan sistem.
• Harga untuk memperoleh alat ini lebih murah dan mudah didapat.
II.3.1. Atmega 328
Atmega328 adalah chip mikrokontroler 8-bit berbasis AVR-RISC buatan Atmel. Bentuk fisik atmega 328 dapat dilihat pada Gambar 2.4. [17]
Gambar 2.4. Bentuk Fisik ATmega 328
(Sumber: http://teknikelektronika.com/pengertian-ic-integrated-circuit-aplikasifungsi-ic/)
Chip ini memiliki 32 KB memori ISP flash dengan kemampuan baca-tulis (read write), 1 KB EEPROM, dan 2 KB SRAM. Dari kapasitas memori flash yang sebesar 32 KB itulah chip ini diberi nama ATmega328. Chip lain yang memiliki memori 8 KB diberi nama atmega8, dan atmega16 untuk yang memiliki memori 16 KB. ChipAT mega 328 memiliki 23 jalur general purpose I/O (input/output), 32 buah register, 3 buah timer/counter dengan mode perbandingan, interupt internal dan external, serial programmable USART, 2-wire interface serial, serial port SPI, 6 buah channel 10-bit A/D converter, programmable watchdog timer dengan oscilator internal, dan lima power saving mode. Chip bekerja pada tegangan antara 1.8V ~ 5.5V. Output komputasi bisa mencapai 1 MIPS per Mhz. Maximum operating frequency adalah 20 Mhz. [14]
II.4. Modul Sensor Kelembaban
Sensor kelembaban tanah merupakan sensor yang mampu mendeteksi intensitas air di dalam tanah. Bentuk fisik sensor kelembaban dapat dilihat pada Gambar 2.5. [7]
Gambar 2.5. Sensor Kelembaban Tanah[8]
Kemampuan suatu bahan untuk menghambat arus listrik dinamakan resistansi. Salah satu faktor yang mempengaruhi nilai resistansi pada tanah adalah kandungan airnya. Air akan membantu menghantarkan arus. Semakin besar kandungan air pada tanah, maka nilai resistansinya semakin kecil dan kelembaban tanahnya semakin besar. Begitupun sebaliknya. [8]
II.5. Buzzer
Buzzer adalah sebuah komponen elektonika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi. Bentuk fisik buzzer dapat dilihat pada gambar 2.6. [16]
Gambar 2.6. Buzzer
(Sumber: https://www.pcboard.ca/minipiezo-buzzer)
Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loudspeaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut di aliri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tersebut akan tertarik kedalam atau keluar tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakan diafragma tersebut secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar dan menghasilkan suara. suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm). [16]
II.6. LCD (Liquid Crystal Display)
LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Bentuk fisik LCD pada Gambar 2.7. [10]
Gambar 2.7. LCD 16x2 (Sumber: http://elektronika-dasar.web.id/lcd-liquid-cristal-display/)
Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik tegangan, molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segment. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan. [10]
II.6.1. Pengendali / Kontroler LCD (Liquid Cristal Display)
Dalam modul LCD (Liquid Cristal Display) terdapat mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD (Liquid Cristal Display). Mikrontroler pada suatu LCD (Liquid Cristal Display) dilengkapi dengan memori dan register. Memori yang digunakan microcontroler internal LCD adalah: [10]
• DDRAM (Display Data Random Access Memory) merupakan memori tempat karakter yang akan ditampilkan berada.
• CGRAM (Character Generator Random Access Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan.
CGROM (Character Generator Read Only Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana pola
• tersebut merupakan karakter dasar yang sudah ditentukan secara permanen oleh pabrikan pembuat LCD (Liquid Cristal Display) tersebut sehingga pengguna tinggal mangambilnya sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah karakter dasar yang ada dalam CGROM. Register control yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah. [10]
• Register perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD (Liquid Cristal Display) pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD (Liquid Cristal Display) dapat dibaca pada saat pembacaan data.
• Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau ke DDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut ke DDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya.
• Pin, kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu LCD (Liquid Cristal Display) diantaranya adalah:
• Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan menggunakan LCD (Liquid Cristal Display) dapat dihubungkan dengan bus data dari rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit.
• Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika low menunjukan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data.
• Pin R/W (Read Write) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis data, sedangkan high baca data.
• Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.
• Pin VLCD berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan dengan trimpot 5 Kohm, jika tidak digunakan dihubungkan ke ground, sedangkan tegangan catu daya ke LCD sebesar 5 Volt.
II.7. Inter Integrated Circuit (I2C)
Inter Integrated Circuit (I2C) adalah sebuah protokol untuk komunikasi serial antar IC yang sering disebut juga two wire interface (TWI). I2C merupakan bus yang digunakan untuk komunikasi antara mikrokontroler dan device peripheral seperti memori, sensor temperatur serta I/O expander. Komunikasi dilakukan melalui dua jalur yaitu SDA (serial data) dan SCL (serial clock). Setiap device I2C memiliki 7 bit alamat yang unik. MSB dari 7 bit alamat ditujukan untuk kategori device. LSB dari bit alamat menunjukkan jika master akan melakukan penulisan (0) atau pembacaan (0) terhadap slave. Berikut bentuk fisik dari Inter Integrated Circuit (I2C) pada Gambar 2.8. [11]
Gambar 2.8. Inter Integrated Circuit (I2C)
(Sumber: http://christianto.tjahyadi.com/belajar-mikrokontroler/komunikasii2c.html)
Device yang mengirim data sepanjang bus disebut master, device yang menerima data disebut slave. Master memulai transmisi dengan sinyal start, dan menghentikan transmisi dengan sebuah sinyal stop pada jalur SDA. Selama sinyal start dan stop, jalur SCL harus dalam keadaan high. Setelah master memulai pengiriman data dengan sebuah sinyal start, master menulis satu byte alamat device kepada slave. Setiap byte data harus memiliki panjang 8-bit. Slave harus memberikan konfirmasi dari byte data yang diterimanya dengan sebuah bit acknowledge (ACK).[11]
II.8. Modul Relay
Relay adalah saklar (switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen electromechanical (elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak saklar/switch). Relay menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang
bertegangan lebih tinggi. Bentuk fisik modul relay 1 channel dapat dilihat pada gambar 2.9. [12]
Gambar 2.9. Modul Relay 1 Channel
Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu: [12]
1. Electromagnet (Coil).
2. Armature.
3. Switch Contact Point (Saklar).
4. Spring.
Gambar dari bagian-bagian Relay dapat dilihat pada gambar 2.10.
Gambar 2.10. Struktur Sederhana Relay (Sumber: http://teknikelektronika.com/pengertian-relay-fungsi-relay/)
Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu:
§ Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE (tertutup).
§ Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka).
Berdasarkan gambar diatas, sebuah besi (iron core) yang dililit oleh sebuah kumparan coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Apabila kumparan coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya elektromagnet yang kemudian menarik armature untuk berpindah dari posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, armature akan kembali lagi ke posisi awal (NC). Coil yang digunakan oleh relay untuk menarik contact poin ke posisi close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil. [12]
II.9. Pompa Air
Pada pembuatan tugas akhir ini, digunakan jenis motor listrik yang biasa digunakan untuk menyedot air dari bawah keatas atau dari dekat menjadi jauh ataupun sebaliknya. Pompa air biasa digunakan oleh masyarakat untuk mengambil air bersih dari profil ke akuarium dan kolam untuk selanjutnya ditampung pada sebuah wadah besar. Berikut bentuk fisik dari pompa air pada Gambar 2.11. [15]
Gambar 2.11. Pompa Air
(Sumber: https://jakartapiranti.id/cara-kerja-pompa-air/)
Pada prinsipnya, sebuah pompa air menyedot dan membuang air dengan menggunakan putaran impeler sehingga menimbulkan tarikan, air yang ditarik akan terus menerus menarik air dari dasar sumur untuk dialirkan menuju pipa out kemudian pada pipa out, impeler akan mendorong air untuk menuju kepenampungan atau pembuangan [15].
Pompa air termasuk motor listrik jenis kapasitor running. Motor listrik ini mempunyai kapasitor yang dihubungkan seri dengan kumparan bantu, terhubung paralel dengan kumparan utama dan terhubung langsung paralel dengan sumber listrik. Belitan utama, lilitan bantu dan kapasitor tetap terhubung pada sirkuit jalajala saat motor listrik bekerja. [15]
Pada dasarnya sebuah pompa air bekerja mengisap (menyedot) dan mendorong air sekaligus dalam sekali kerja. Pemasangan pompa air bisa diletakkan antara penampung dan sumur agar tarikan dan dorongan dapat digunakan secara optimal. [15]
II.10. Pupuk Sekam Padi
Sekam padi merupakan lapisan keras yang meliputi kariopsis yang terdiri dari dua belahan yang disebut lemma dan palea yang saling bertautan. Pada proses penggilingan beras sekam akan terpisah dari butir beras dan menjadi bahan sisa atau limbah penggilingan. Campuran tanah dengan pupuk sekam padi pada Gambar
2.12. [1]
Gambar 2.12. Campuran Tanah Dengan Pupuk Sekam Padi
(Sumber: Dok. Pribadi 2019)
Dari proses penggilingan padi biasanya diperoleh sekam sekitar 20-30% dari bobot gabah dengan komposisi sekam sekitar 20-30%, dedak antara 8- 12% dan beras giling antara 50-63,5% dari bobot awal gabah. Sekam padi terdiri atas 50% selulosa, 25-30% lignin, 15-20% silika, dan kadar air 9,02%. Sekam padi merupakan bahan yang relatif kering. [5]
II.11. Pupuk Kandang [6]
Pupuk kandang adalah pupuk yang berasal dari campuran kotoran-kotoran ternak, urine, serta sisa-sisa makanan ternak tersebut. Campuran tanah dengan pupuk kandang pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13. Campuran Tanah Dengan Pupuk Kandang (Sumber: Dok. Pribadi 2019)
Pupuk kandang ada yang berupa cair dan ada pula yang berupa padat, tiap jenis pupuk kandang memiliki kelebihan masing-masingnya. Setiap hewan akan menghasilkan kotoran dalam jumlah dan komposisi yang beragam. Kandungan hara pada pupuk kandang dapat dipengaruhi oleh jenis ternak, umur ternak, bentuk fisik ternak, pakan dan air. [6]
II.12. Pupuk Kompos
Kompos merupakan pupuk organik penting karena merupakan salah satu pupuk yang dapat membuat tanaman menjadi subur. Pupuk kompos dapat di kombinasikan dengan tanah. Campuran tanah dengan pupuk kompos pada Gambar
2.14. [3]
Gambar 2.14. Campuran Tanah Dengan Pupuk Kompos (Sumber: Dok. Pribadi 2019)
Penggunaan organik banyak dimanfaatkan karena mempunyai 3 keuntungan yaitu: keuntungan bagi lingkungan, tanah, dan bagi tanaman. Kompos sangat membantu dalam penyelesaian masalah lingkungan, terutama sampah. Bahan baku pembuatan kompos adalah sampah maka permasalahan sampah rumah tangga dan sampah kota dapat diatasi. Bagi tanah, kompos dapat menambah unsur hara dan dapat memperbaiki struktur dan tekstur tanah, dan menyimpan air. [2]
III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
Bab ini menjelaskan tentang proses perancangan dan cara kerja alat. Perancangan alat terdapat beberapa komponen yang digunakan pada sistem yaitu modul sensor kelembaban sebagai input. Arduino UNO sebagai proses. LCD 16x2 dengan I2C, buzzer, dan relay yang terhubung dengan pompa air sebagai output. Semua komponen dirancang dengan sedemikian rupa sesuai design yang dibuat. Alat terdiri dari polybag yang akan di isi oleh pot tanaman, dan ember sebagai tempat penampungan air untuk menyiram tanaman. Setelah merancang alat kemudian dilanjutkan dengan pemrograman dengan bahasa C pada Arduino UNO.
Berikut ini merupakan penjelasan dari perancangan dan cara kerja alat.
III.1. Analisa Diagram Blok Alat Sistem Penyiraman Otomatis
Secara keseluruhan cara kerja sistem penyiram tanaman otomatis berbasis Arduino UNO dapat digambarkan melalui Blok diagram yang pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1. Diagram Blok Alat Sistem Penyiraman Otomatis
Pada Gambar 3.1 merupakan blok diagram pada prototipe sistem penyiram tanaman otomatis. Pertama penyambungan power line tegangan 220 VAC yang berasal dari PLN ke adaptor yang berfungsi sebagai pengubah tegangan dan arus.
Pada adaptor berfungsi sebagai pengubah tegangan PLN 220 VAC menjadi 12
21
VDC yang dihubungkan langsung ke Arduino UNO. Bagian komponen input yaitu sensor kelembaban disambungkan ke bagian input analog pada ardunio UNO dan pada bagian output dihubungkan ke bagian masing masing komponennya.
Blok input, sensor kelembaban dihubungkan ke bagian pin analog in Arduino UNO. Sensor kelembaban digunakan untuk membaca lalu mengirimkan sinyal input ke Arduino UNO. Sensor ini terdiri dari dua elektroda yang akan membaca kadar air pada daerah di sekitarnya. Sensor ini ditempatkan dengan cara ditancapkan ke media tanam. Pada blok proses terdapat Arduino UNO yang berfungsi sebagai pusat proses sinyal input yang diperoleh dari sensor kelembaban serta proses pemrograman dengan bahasa C yang telah di rancang pada Arduino UNO. Kemudian pada output Arduino UNO dihubungkan ke relay, pompa air, buzzer, dan LCD
Pada blok output terdapat 4 komponen yaitu relay, pompa air, buzzer, dan LCD. Relay pada blok output berfungsi sebagai saklar otomatis untuk menghidupkan dan mematikan pompa air. Relay bagian NO dihubungkan kebagian sumber 220 VAC. Sedangkan bagian C terhubung deengan pompa air. Bagian input relay terhubung dengan Arduino UNO sebagai input untuk menghidupkan dan mematikan pompa air. Pompa air aktif jika pada output Arduino UNO terhubung pada relay ON kemudian akan memompa air ke tanaman. Jika pada output Arduino yang terhubung relay OFF, kemudian pompa air akan berhenti memompa air ke tanaman. Buzzer ON jika pin output Arduino UNO aktif yang membuat buzzer berbunyi. Jika pin output Arduino UNO tidak aktif, maka buzzer akan berhenti berbunyi. LCD berfungsi menampilkan hasil kelembaban sesuai dengan output dari sensor kelembaban yang di proses terlebih dahulu pada Arduino UNO. Berikut ini merupakan penjelasan lengkap tentang blok diagram yang terdiri dari tiga bagian, yaitu:
III.1.1. Blok Input
Perancangan pada proyek ini diperlukan input sebagai umpan untuk bekerja pada mikrokontroller Arduino UNO lalu digerakan sebuah output. Gambar 3.1 dapat dijelaskan bahwa pada blok input terdiri atas 1 buah modul sensor kelembaban. Modul sensor kelembaban akan memberikan output berupa nilai yang akan diberikan kepada Arduino UNO. Sehingga akan menjadi input untuk mikrokontroler ini. Input ini kemudian dihubungkan ke pin analog in pada Arduino UNO untuk diproses sesuai dengan program yang telah dibuat.
III.1.2. Blok Proses
Bagian blok proses alat penyiram tanaman otomatis menggunakan mikrokontroler Arduino UNO. Semua input akan diproses pada mikrokontroler Arduino UNO. Mikrokontroler ini menggunakan daya yang berasal dari adapter AC-DC 5V 1A. Input akan masuk ke pin analog in A0 sebagai nilai pada sensor kelembaban. Setelah diproses maka output akan keluar di pin yang telah ditentukan. Pin output berupa pin 8 sebagai buzzer dan pin 2 sebagai relay yang terhubung ke pompa air.
III.1.3. Blok Output
Output yang digunakan adalah rangkaian modul relay yang berfungsi sebagai saklar elektrik untuk menghidupkan atau mematikan pompa air. Display LCD dengan I2C untuk menampilkan kondisi dan nilai kelembaban tanah. Buzzer digunakan sebagai alarm untuk menandakan bahwa keadaan tanah dalam kondisi kekurangan air. Apabila kondisi kelembaban tanah sudah cukup maka buzzer akan berhenti berbunyi, lalu relay akan mematikan pompa air dan LCD akan menampilkan kondisi kelembaban tanah sudah cukup.
III.2. Perancangan Rangkaian Input
Perancang rangkaian input ini terdiri dari satu buah modul sensor kelembaban. Sensor kelembaban tanah merupakan sensor yang mampu mendeteksi intensitas air di dalam tanah. Bentuk rangkaian input dapat dilihat pada gambar 3.2.
Gambar 3.2. Skematik Input
Perangkaian sistem dimulai dari pemasangan pin pada output sensor kelembaban yang berubah sesuai dengan pembacaan sensor itu sendiri. Pada rangkaian ini, pin out analog pada modul sensor kelembaban dihubungkan ke pin analog input A0 pada Arduino UNO, sedangkan VCC dihubungkan ke pin 3,3 volt dan ground ke pin ground pada Arduino UNO.
III.3. Perancangan Rangkaian Output
Perancangan rangkaian output terdiri dari modul relay, pompa air dan buzzer. Modul relay dihubungkan pada pin 2 pada Arduino UNO. Kemudian pompa sendiri akan di hubungkan pada terminal normaly close dari relay dan common terminal dicatu 220 volt tegangan ac, buzzer terhubung dengan pin 8 pada Arduino UNO.
III.3.1. Perancangan Modul Relay
Perancangan modul relay yang digunakan sebagai sakelar elektrik untuk menyalakan atau mematikan pompa air. Bentuk rangkaian skematik relay dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Skematik relay
Proses perakitan relay yaitu menghubungkan pin vcc dengan pin +5V, pin GND dengan GND dan input ke pin 8 Arduino. Pada pin NO dihubungkan dengan sumber 220 dan pin C dihubungkan dengan pompa air. Perancangan sistem penyiram tanaman otomatis ini menggunakan kondisi normally open pada relay. Bagian pada relay terdapat coil, armature, dan saklar. Apabila kumparan coil diberi arus listrik, maka akan timbul gaya elektromagnetik yang kemudian menarik armature untuk berpindah dari posisi NO ke posisi NC. Posisi dimana armature tersebut berada sebelumnya tidak terhubung (open) akan menjadi terhubung (close). Pada saat tidak dialiri arus listrik, armature akan kembali lagi ke posisi awal tidak terhubung (NO).
III.3.2. Perancangan Pompa Air
Pompa air di letakkan di bak penampungan yang berisi air. Pompa air di hubungkan pada terminal common terminal dari relay dan normaly open dicatu 220 volt tegangan AC. Bentuk rangkaian pompa air pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Skema Rangkaian Pompa Air
Sebuah pompa air bekerja menghisap (menyedot) dan mendorong air sekaligus dalam sekali kerja. Oleh karena itu, pemasangan pompa air bisa diletakkan antara penampung dan sumur agar tarikan dan dorongan dapat digunakan secara optimal. Pompa air akan menyedot dan membuang air dengan menggunakan putaran impeler sehingga menimbulkan tarikan, air yang ditarik akan terus menerus menarik air dari dasar sumur untuk dialirkan menuju pipa out kemudian pada pipa out, impeler akan mendorong air untuk menuju kepenampungan atau pembuangan.
III.3.3. Perancangan Buzzer
Buzzer pada prototipe penyiram tanaman otomatis digunakan sebagai indikator bunyi yang dikontrol oleh Arduino UNO. Bentuk rangkaian buzzer dapat dilihat pada
gambar 3.5.
gambar 3.5.
Untuk perancangannya, salah satu kaki buzzer yang memiliki tanda (+) dihubungkan ke pin 8 Arduino UNO. Kemudian kaki yang lainnya dihubungkan ke ground pada Arduino UNO. Apabila sensor kelembaban mendeteksi tanah kekurangan air maka output pada buzzer berbunyi. Sedangkan pada saat sensor kelembaban mendeteksi kelembaban tanah tercukupi, maka output pada buzzer tidak berbunyi.
III.3.4. Perancangan LCD
Perancangan LCD yang digunakan sebagai indikator tampilan untuk menampilkan karakter pada prototipe penyiram tanaman otomatis. Masing-masing komponen tersebut telah dibentuk rangkaian seperti Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Rangkaian Skema LCD dan I2C
Pada perancangan LCD ditambahkan I2C untuk mempersingkat program dan untuk menghemat dalam pemakaian pin pada komputer. LCD dihubungkan dengan I2C untuk penghematan pin pada Arduino UNO. Pin SCL pada I2C dihubungkan ke pin SCL pada Arduino UNO. Pin SDA pada I2C dihubungkan ke pin SDA pada Arduino UNO. Pin VCC pada I2C dihubungkan ke pin 5V pada Arduino UNO. Hal ini dikarenakan pin ini merupakan standar JEDEC (Joint Electron Device Engineering) yang berfungsi sebagai logika standar pada mini komputer. Pin ground pada I2C dihubungkan pada pin ground paralel pada PCB yang terhubung dengan pin ground Arduino UNO.
Pada keseluruhan rangkaian ditambahkan rangkaian jumper untuk diparalelkan output sumber tegangan Arduino UNO +5V dan pin GND. Rangkaian jumper di buat design pada papan PCB pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7. Jumper pada PCB
Rangkaian keseluruhan pada bagian output yang telah terintegrasi menjadi 1 rangkaian ditunjukkan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8. Rangkaian Skema Keseluruhan
III.4. Flowchart Kerja Alat
Flowchart digunakan untuk merancang sekaligus gambaran alur cara kerja alat pada penyiram tanaman otomatis yang dibuat. Flowchart telah merancang alat ini sehingga membantu membuat konsep dari cara kerja alat tersebut. Berikut ini adalah flowchart pada alur kerja alat prototipe sistem penyiram tanaman otomatis pada gambar 3.9.
Gambar 3.9. Flowchart Prototipe Sistem Penyiram Tanaman Otomatis
Flowchart dimulai dari adaptor dihubungkan ke sumber tegangan PLN 220 VAC yang selanjutnya diubah menjadi tegangan Arduino UNO. Komponen mendapat sumber tegangan dari Arduino akan aktif dan melakukan inisialisasi. Sensor kelembaban akan membaca nilai kelembaban tanah. Nilai kelembaban tanah diubah menjadi nilai ADC. Pada kondisi nilai ADC lebih dari 300 maka relay akan ON. Relay ON mengaktifkan pompa untuk mengalirkan air menuju pot tanaman.
LCD akan menampilkan karakter “Kelembaban Tanah” “Kurang Air” “Nilai Sensor” dan buzzer akan aktif. Pada kondisi nilai ADC kurang dari 300 maka relay akan OFF. Relay OFF menonaktifkan pompa sehingga air akan berenti mengalir ke pot tanaman. LCD menampilkan karakter “Kelembaban Tanah” “Cukup Air” “Nilai Sensor” dan buzzer akan berhenti berbunyi. Sensor akan terus berputar membaca kelembaban tanah pada setiap kondisi. Program looping alat ini akan terus berjalan selama power ON atau mendapat aliran listrik dari sumber.
III.5. Metode Pengujian
Pengujian alat dimaksudkan untuk mengetahui apakah sistem yang dibuat sesuai dengan apa yang telah dirancang. Proses pengujian meliputi pengukuran kelembaban dengan alat yang telah dirancang pada 3 jenis pupuk dalam 3 kondisi yang digambarkan pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10. Blok Proses Pengujian Dengan Tiga Media Tanam yang berbeda.
1. Sekam Padi
Pada media yang pertama yaitu terdiri dari pupuk sekam padi. Sekam padi merupakan hasil dari limbah kulit padi yang telah tergiling.
2. Kandang
Pada media yang kedua yaitu terdiri dari pupuk kandang. Pupuk kandang dihasilkan dari fermentasi kotoran binatang contohnya kotoran sapi dan kambing.
3. Kompos
Pada media yang ketiga yaitu terdiri dari pupuk kompos. Pupuk kompos merupakan hasil dari pembusukan sisa tanaman dengan dibantu organisme hidup.
Masing masing media tanam tersebut dibagi menjadi tiga kondisi yaitu kering, lembab, dan basah. Ketiganya dimasukkan ke dalam masing masing polybag berukuran 8x8 cm. Pada kondisi pertama media dibiarkan kering tanpa diberi air. Media kedua diberi air secara merata hingga lembab. Media ketiga diberikan air lebih banyak hingga kondisi media menjadi basah. Masing-masing polybag diuji coba untuk mengetahui respon dari alat yang dirancang.
DAFTAR
PUSTAKA
Komentar
Posting Komentar