SISTEM PENYIRAMAN TAMAN BERBASIS IoT

Arfansyah Fattah Maulana¹; Maharani Lestari Putri²; Muhammad Abil Aprilianto³ ; Samuel BETA⁴

Prodi Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang

Jl. Prof. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang, 50275

e-mail : fafamaulana1@gmail.com¹, maharanilestari09@gmail.com², abilaprillianto18@gmail.com³, sambetak2@gmail.com⁴

Abstract- Irregular watering of plants makes plants not well maintained because of the time of dense activity, or types of plants have special attention both in places that need to be cool and water needs that must still be met. In addition, care must be taken to ensure that plants maintain their lives. If watering these plants can be done automatically and at the same time can be controlled through an application, it will make it easier in the process of caring for these plants. This project aims to make a plant watering control tool that can be done as desired, ie manually or automatically. This project uses a nodeMCU LOLIN V3 microcontroller as a processor. Device control via the telegram application. The design of this system uses a 20x4 LCD as the main display of the program. The main system uses a soil moisture sensor, humidity and temperature sensor input. While the output is a 20x4 LCD and a water pump motor for watering plants.

Keywords: nodeMCU LOLIN V3, soil moisture sensor, humidity and temperature sensor, LCD 20x4.

Intisari- Penyiraman tanaman yang tidak teratur menjadikan tanaman tidak terawat dengan baik karena waktu aktivitas yang padat, atau jenis tanaman memiliki perhatian khusus baik secara tempat yang harus sejuk dan kebutuhan air yang harus tetap terpenuhi. Selain itu, perawatannya pun perlu diperhatikan agar tanaman tetap terjaga kehidupannya. Jika penyiraman tanaman ini dapat dilakukan secara otomatis sekaligus dapat dikendalikan melalui sebuah aplikasi, maka akan lebih mempermudah dalam proses perawatan tanaman tersebut. Proyek ini bertujuan untuk membuat sebuah alat pengendali penyiraman tanaman yang dapat dilakukan sesuai keinginan, yaitu secara manual ataupun otomatis. Proyek ini menggunakan mikrokontroler nodeMCU LOLIN V3 sebagai pemroses. Kendali alat melalui aplikasi telegram. Perancangan system ini menggunakan LCD 20x4 sebagai tampilan utama dari program. Sistem utama tersebut menggunakan masukan sensor kelembaban tanah, sensor kelembaban dan suhu. Sedangkan keluarannya berupa LCD 20x4 serta motor pompa air untuk penyiraman tanaman.

Kata kunci : nodeMCU LOLIN V3, sensor kelembaban tanah, sensor kelembaban dan suhu, LCD 20x4.

I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Banyak masalah yang terjadi pada perawatan tanaman di rumah tangga maupun industri pembibitan tanaman,salah satunya adalah tanaman yang mati karena penyiraman yang tidak tepat.

Selain itu, masyarakat kurang memperhatikan tanaman hidup sesuai dengan kriteria yang tepat seperti kondisi kelembaban tanah, kelembaban udara dan suhu udara. Dengan demikan muncullah inovasi baru untuk membuat alat “kendali penyiraman tanaman berbasis IoT” untuk memudahkan proses perawatan tanaman dengan baik dan tepat

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang akan diselesaikan dalam proyek elektronika adalah:

1. Bagaimana cara menginisialisasi pompa air DC pada Arduino?

2. Bagaimana cara memperoleh data kelembaban tanah, kelembaban dan suhu udara dan mengintegrasikannya dengan arduino?

3. Bagaimana cara menampilkan pembacaan sensor dan pengoperasian alat melalui aplikasi telegram?

4. Bagaimana cara mengaplikasikan alat ini ke peralatan rumah tangga dan industri rumahan.

1.3 Tujuan

Tujuan pembuatan alat ini adalah :

1. Dapat menginisialisasi pompa air DC pada Arduino?

2. Dapat mengetahui cara memperoleh data kelembaban tanah, kelembaban dan suhu udara dan mengintegrasikan nya dengan arduino?

3. Dapat menampilkan pembacaan sensor dan pengoperasian alat melalui aplikasi telegram?

4. Dapat mengaplikasikan alat ini ke peralatan rumah tangga dan industri rumahan?

1.4 Manfaat

1. Dapat memudahkan dalam proses penyiraman tanaman

2. Dapat memonitor kondisi tanamandari jarak jauh menggunakan telegram

3. Mengurangi resiko kematian tanaman akibat kekurangan atau kelebihan air

4. Membantu menggantikan proses penyiraman tanaman ketika hendak bepergian lama atau lainnya

II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 NodeMCU

NodeMCU adalah sebuah platform IoT yang bersifat opensource. Terdiri dari perangkat keras berupa System On Chip ESP8266dari ESP8266 buatan Espressif System, juga firmware yang digunakan, yang menggunakan bahasa pemrograman scriptingLua.

Istilah NodeMCU secara default sebenarnya mengacu pada firmware yang digunakan daripada perangkat keras development kit.NodeMCU bisa dianalogikan sebagai board arduino-nya ESP8266.Dalam seri tutorial ESP8266 embeddednesia pernah membahas bagaimana memprogram ESP8266 sedikit merepotkan karena diperlukan beberapa teknik wiring serta tambahan modul USB to serial untuk mengunduh program. Namun NodeMCU telah me-package ESP8266 ke dalam sebuah board yang kompak dengan berbagai fitur layaknya mikrokontroler + kapabilitas akses terhadap Wifi juga chip komunikasi USB to serial. Sehingga untuk memprogramnya hanya diperlukan ekstensi kabel data USB persis yang digunakan sebagai kabel data dan kabel charging smartphone Android.

2.1 LCD

LCD (Liquid Crystal Display) adalah perangkat yang berfungsi sebagai media penampil dengan memanfaatkan kristal cair sebagai objek penampil utama. LCD tentunya sudah sangat banyak digunakan untuk berbagai macam keperluan seperti media elektronik, televisi, kalkulator, atau layer komputer sekalipun.

Gambar 2.2 LCD 20x4

LCD yang digunakan adalah LCD berukuran 20x4 karakter dengan tambahan chip module I2C untuk mempermudah programmer nantinya dalam mengakses LCDtersebut. Sebab dengan digunakannya modul I2C akan lebih memperhemat penggunaan pin arduino yang akan digunakan, contohnya saja.

2.2 I2C

Inter Integrated Circuit (I2C) LCD adalah jenis LCD yang menggunakan I2C untuk berhubungan dengan arduino. Jika dilihat dari depan, sekilas LCD ini tidak berbeda dengan LCD jenis paralel. Namun, dibaliknya terdapat komponen tambahan yang memungkinkan Arduino berhubungan dengan piranti ini menggunakan 4 kabel saja.

Gambar 2.3 I2C LCD

2.1 Pompa Air

Gambar 2.4 Pompa Air

Water pump atau pompa air merupakan elemen yang berfungsi untuk menyerap sekaligus mendorong air yang terdapat pada sistem pendinginan sehingga dapat bersikulisasi pada mesin. Rongga-rongga mesin yang dilewati sirkulasi akan mendinginkan suhu dinding pada booring silinder. Hal ini secara otomatis dapat menaikkan suhu mesin dan untuk selanjutnya proses pendinginan dilakukan dibagian radiator.

Kelancaran sirkulasi air pendingin harus benar-benar dijaga sebab apabila kelancaran sirkulasi air terganggu dengan adanya karat atau kotoran-kotoran lain dapat menimbulkan kenaikan temperatur mesin atau bahkan menimbulkan kerusakan pada mesin. Pompa air dapat bekerja setelah mesin dihidupkan sebab pompa air bekerja melalui bantuan v-belt. V -belt berfungsi untuk menggerakkan kipas yang mengalirkan air ke seluruh rongga-rongga mesin. Salah satu kerusakan yang terjadi pada pompa air adalah putusnya benda yang bertugas menggerakkan kipas ini.

2.2 Sensor Kelembaban dan Suhu Udara (DHT11)

Kelembaban udara menggambarkan kandungan uap air di udara yang dapat dinyatakan sebagai kelembaban mutlak, kelembaban nisbi (relatif) maupun defisit tekanan uap air. Kelembaban nisbi adalah membandingkan antara kandungan/tekanan uap air aktual dengan keadaan jenuhnya atau pada kapasitas udara untuk menampung uap air.

Peralatan elektronik juga menjadi mudah berkarat jika udara disekitarnya memiliki kelembaban yang cukup tinggi. Oleh karena itu, informasi mengenai kelembaban udara pada suatu area tertentu menjadi sesuatu hal yang penting untuk diketahui karena menyangkut efek-efek yang ditimbulkanny

Informasi mengenai nilai kelembaban udara diperoleh dari proses pengukuran. Alat yang biasanya digunakan untuk mengukur kelembaban udara adalah higrometer. DHT11 adalah sensor digital yang dapat mengukur suhu dan kelembaban udara di sekitarnya. Sensor ini sangat mudah digunakan bersama dengan Arduino. Memiliki tingkat stabilitas yang sangat baik serta fitur kalibrasi yang sangat akurat. Koefisien kalibrasi disimpan dalam OTP program memory, sehingga ketika internal sensor mendeteksi sesuatu, maka module ini menyertakan koefisien tersebut dalam kalkulasinya,DHT11 ini termasuk sensor yang memiliki kualitas terbaik, dinilai dari respon, pembacaan data yang cepat, dan kemampuan anti-interference. Ukurannya yang kecil, dan dengan transmisi sinyal hingga 20 meter,dengan sepsifikasi: Supply Voltage: +5 V, Temperature range : 0-50 °C error of ± 2 °C, Humidity : 20-90% RH ± 5% RH error,dengan sesifikasi digital interfacing system. membuat produk ini cocok digunakan untuk banyak aplikasi-aplikasi pengukuran suhu dan kelembaban.

Gambar 2.5 Sensor Kelembaban dan Suhu Udara (DHT11)

2.1 Sensor Kelembapan Tanah

Sensor soil moisture merupakan sensor analog. Data yang diberikan berupa tegangan dengan rentang tertentu. Sensor ini merupakan sensor yang bersifat kapasitif. Nilai kapasitansi akan menentukan perubahan tegangan sebagai input pada mikrokontroler. Akuisisi data tegangan memerlukan pembagian tegangan. Pembagian tegangan memerlukan perbedaan impedansi. Impedansi memerlukan arus bolak balik yang dapat dibuat dengan menggunakan rangkaian osilator pada sensor soil moisture

. Berikut spesifikasi dari sensor kelembaban tanah:

-Menggunakan sensor tanah berkualitas tinggi untuk menguji kelembaban tanah

-Memakai plat lapis nikel sehingga memperbesar area induksi dan meningkatkan konduktivitas, mencegah masalah karat dan meningkatkan usia pakai

-Dapat mengendalikan berbagai tingkat kelembaban tanah, dengan mengatur potensiometer. Jika kelembaban tanah dibawah nilai yang diset, DO menghasilkan sinyal high, dan sebaliknya jika diatas nilai yang diset, DO menghasilkan sinyal low

-Menggunakan chip comparator LM393 yang stabil

-Tegangan kerja:3.3-5V

-Tegangan keluaran : 0V-3V

-Dilengkapi lubang baut untuk memudahkan pemasangan

-Ukuran PCB: 99x16mm/3.9x0.63"

Interface:

1.VCC:+3.3V-5V

2.GND:-

3.AO: Analog output, dapat langsung dihubungkan ke IO port mikrokontroller. Sensor kelembaban tanah ditunjukkan pada gambar2.6.

Gambar2.6 Sensor Capacitive Soil Moisture

2.2 Sensor Hujan

Sensor Sensor hujan adalah jenis sensor yang berfungsi untuk mendeteksi terjadinya hujan atau tidak, yang dapat difungsikan dalam segala macam aplikasi dalam kehidupan sehari – hari. Dipasaran sensor ini dijual dalam bentuk module sehingga hanya perlu menyediakan kabel jumper untuk dihubungkan ke mikrokontroler atau Arduino.

Prinsip kerja dari module sensor ini yaitu pada saat ada air hujan turun dan mengenai panel sensor maka akan terjadi proses elektrolisasi oleh air hujan. Dan karena air hujan termasuk dalam golongan cairan elektrolit yang dimana cairan tersebut akan menghantarkan arus listrik.

Pada sensor hujan ini terdapat ic komparator yang dimana output dari sensor ini dapat berupa logika high dan low (on atau off). Serta pada modul sensor ini terdapat output yang berupa tegangan pula. Sehingga dapat dikoneksikan ke pin khusus Arduino yaitu Analog Digital Converter.

Dengan singkat kata, sensor ini dapat digunakan untuk memantau kondisi ada tidaknya hujan di lingkungan luar yang dimana output dari sensor ini dapat berupa sinyal analog maupun sinyal digital.

Spesifikasi sensor hujan :

Sensor ini bermaterial dari FR-04 dengan dimensi 5cm x 4cm berlapis nikel dan dengan kualitas tinggi pada kedua sisinya
Pada lapisan module mempunyai sifat anti oksidasi sehingga tahan terhadap korosi
Tegangan kerja masukan sensor 3.3V – 5V
Menggunakan IC comparator LM393 yang stabil
Output dari modul comparator dengan kualitas sinyal bagus lebih dari 15mA
Dilengkapi lubang baut untuk instalasi dengan modul lainnya
Terdapat potensiometer yang berfungsi untuk mengatur sensitifitas sensor
Terdapat 2 Output yaitu digital (0 dan 1) dan analog (tegangan)
Dimensi PCB yaitu 3.2 cm x 1.4 cm

Gambar2.7 Sensor Hujan

2.3 Sensor Ultrasonik HC-SR04

Sensor ultrasonik HC-SR04 adalah seri dari sensor jarak dengan gelombang ultrasonik, dimana didalam sensor terdapat dua bagian yaitu transmitter yang berfungsi sebagai pemancar gelombang dan receiver yang berfungsi sebagai penerima gelombang. Sensor ultrasonik HC-SR04 ini bisa digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm – 400 cm dengan akurasi 3mm. Sensor ultrasonik ini memiliki 4 pin yaitu:

· Pin GND sebagai grounding.

· Pin Trigger untuk trigger keluarnya sinyal.

· Pin Echo untuk menangkap sinyal pantul dari benda.

· Pin VCC sebagai pin masukan tegangan.

Spesifikasi dari sensor ultrasonik HC-SR04 adalah sebagai berikut :

· Dimensi : 45 mm (P) x 20 mm (L) x 15 mm (T)

· Tegangan : 5 VDC

· Arus pada mode siaga : < 2 mA

· Arus pada saat deteksi : 15 mA

· Frekuensi suara : 40 kHz

· Jangkauan Minimum : 2 cm

· Jangkauan Maksimum : 400 cm

· Input Trigger : 10µS minimum, pulsa level TTL

· ▪ Pulsa Echo : Sinyal level TTL positif, lebar berbanding proporsional dengan jarak yang dideteksi

Gambar 2.8 Sensor Ultrasonik

III. PERANCANGAN ALAT

3.1 Diagram Blok

Diagram blok sistem dirancang untuk dapat mengetahui prinsip kerja keseluruhan sistem ataupun rangkaian. Tujuan lainnya adalah memudahkan proses perancangan dan pembuatan pada masing-masing bagian, sehingga dapat dibuat sistem sesuai dengan yang diinginkan. Berikut adalah diagram blok alat yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram Blok

Keterangan :

Sensor Kelembaban Tanah sebagai pendeteksi kelembapan pada tanah tumbuhan
Sensor Kelembaban dan Suhu sebagai pendeteksi kelembaban dan suhu ruangan sekitar tanaman.
NodeMCU sebagai pemroses dari masukan
LCD sebagai keluaran untuk menampilkan kondisi tumbuhan
Relay sebagai penggerak pompa
Pompa Air sebagai keluaran untuk mengaliri air ke tumbuhan

3.2 Cara Kerja Alat

1 Hubungkan catu daya ke stop kontak

2 Rangkaian menjadi bekerja.

3 Pada saat rangkaian sudah bekerja, maka alat akan membaca nilai sensor kelembaban tanah dan DHT11.

4 Nilai pembacaan akan diproses oleh nodeMCU kemudian dapat dikendalikan melalui aplikasi telegram.

5 Untuk memulai dengan aplikasi telegram,add BOT pada telegram yang bernama @IOT_Penyiram_Tanaman_Otomatis_bot, kemudian klik /start.

6 Hingga terdapat balasan untuk memilih menu yang diinginkan.

7 Terdapat 4 menu yang telah tersedia yaitu, /Otomatis, /Manual,/Status,dan /monitoring.

8 Cek /status untuk mengetahui mode pompa .

9 Ketika memilih /Otomatis maka alat akan bekerja secara otomatis sesuai dengan nilai kelembaban tanah,

10 Pada saat nilai kelembaban tanah sudah mencukupi atau berada pada level point kelembaban yang ditentukan, Pompa Air berhenti bekerja, membuat air berhenti mengalir.

11 Pompa akan berhenti bekerja ketika telah mencapai set point yang ditentukan pada program.

12 jika memilih menu /Manual maka alat akan berkerja secara manual dengan menyalakan dan mematikan melalui aplikasi telegram.

13 Menu /monitoring untuk mengetahui value sensor yang bekerja.

14 Setelah pembacaan sensor dan pengolahan data oleh mikrokontroller / nodeMCU dilanjutkan ke proses ouput.

15 Pada LCD akan menampilkan tingkat kelembaban tanah,kelembaban udara dan suhu udara yang berguna sebagai display indikator.

16 Pompa ditunjang menggunakan relay karena membutuhkan tegangan 12 VDC.

3.3 Perancangan Perangkat Keras

Membuat rancangan perangkat keras meliputi pembuatan rangkaian elektronik untuk catu daya dan sistem secara keseluruhan.

Pada gambar di bawah ini ditunjukkan keseluruhan rangkaian untuk alat kendali penyiraman tanaman otomatis dilengkapi dengan pengawatan yang menunjukkan terletak di pin mana saja masukan dan luaran alat.

Gambar 3.3 Rangkaian alat

Pada gambar dibawah ini ditunjukkan pengawatan pin ARM dengan komponen lainnya.

Gambar 3.2 Pengawatan

3.4 Perancangan Perangkat Lunak

Perancangan ini digunakan untuk mengatur kinerja keseluruhan dari sistem yang terdiri dari beberapa perangkat keras sehingga sistem ini dapat bekerja dengan baik dan untuk mengolah data masukan agar menghasilkan keluaran yang sesuai dengan yang dikehendaki. Untuk memberikan gambaran umum jalannya program dan memudahkan pembuatan perangkat lunak, maka dibuat diagram alir yang menunjukan jalannya program. Diagram alir program ditunjukan pada gambar dibawah :

Gambar 3.4 Diagram alir program

IV PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Alat dapat diterapkan untuk tanaman dengan skala kecil maupun besar, pada skla besar alat ini ditambahkan dengan sensor kelembaban tanah.
Untuk mengetaui besar nilai kelembaban tanah maka perlu dilakukan pengkalibrasian sensor dan membandingkan nilai kelembaban dengan alat ukur kelembaban yang lain.
Alat dapat bekerja dengan 2 mode yaitu mode otomatis dan mode manual.
Pada mode otomatis dapat dikendalikan melalui aplikasi telegram.

4.2 Saran

Alat ini dapat dikembangkan dengan cara menyiram tanaman ke segela arah.
Dapat menambahkan jumlah sensor untuk berbagai macam tanaman yang memiliki tingkat kelembaban tanah yang berbeda.

Daftar Pustaka

Githo, Ray Kasful dan Nurdiana, Nunu. “Rancang Bangun Smart Garden System Menggunakan Sensor Soil Moisture Dan Arduino Berbasis Android (Studi Kasus : Di Gerai Bibit Narnea Cikijing,” J. Industrial Research Workshop

Husdi, “Monitoring Kelembaban Tanah Pertanian Menggunakan Soil Moisture Sensor Fc-28 dan Arduino Uno” J. Ilmiah. vol. 10, no. 2, pp. 238–239, 2018.

M. Sari and Gunawan, “Rancang Bangun Alat Penyiram Tanaman Otomatis Menggunakan Sensor Kelembaban Tanah,” J. Electr. Technol., vol. 3, no. 1, pp. 13–17, 2018.

Putra, Azhar Sukarno. Estanto S.T.M.Sc. dkk. “Sistem Monitor pada Pengairan Otomatis Berdasarkan Kelembaban Tanah dan Suhu Menggunakan Android” vol. 4, no. 3, pp. 3115–3116, 2017.

BIODATA PENULIS

Nama Arfansyah Fattah Maulana . Penulis dilahirkan di Semarang, 27 Oktober 1999. Penulis telah menempuh Pendidikan formal di SD Negeri Ngaliyan 01, SMP Negeri 16 Semarang dan SMK Negeri 4 Semarang. Tahun 2018 penulis telah menyelesaikan Pendidikan SMK. Pada tahun 2018 Penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.18.3.03. Apabila ada kritik dan saran yang membangun serta terdapat beberapa pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui email fafamaulana1@gmail.com

Nama Maharani Lestari Putri . Penulis dilahirkan di Blora, 4 Oktober 2000. Penulis telah menempuh Pendidikan formal di SD Negeri 2 Ngelo, SMP Negeri 2 Cepu dan SMA Negeri 1 Cepu. Tahun 2018 penulis telah menyelesaikan Pendidikan SMA. Pada tahun 2018 Penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.18.3.12. Apabila ada kritik dan saran yang membangun serta terdapat beberapa pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui email maharanilestari09@gmail.com

Nama Muhammad Abil Aprilianto. Penulis dilahirkan di Rembang, 17 April 2000. Penulis telah menempuh Pendidikan formal di SD Negeri Pancur, SMP Negeri 1 Lasem dan SMA Negeri 1 Rembang. Tahun 2018 penulis telah menyelesaikan Pendidikan SMA. Pada tahun 2018 Penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.18.3.18. Apabila ada kritik dan saran yang membangun serta terdapat beberapa pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui email abilaprillianto18@gmail.com

Nama pengajar Samuel Beta. Beliau mengajar di program studi Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Semarang. Email : sambetak2@gmail.com

LAMPIRAN

Vidio Demo Alat klik disini

Jurnal klik disini

PPT klik disini

Program klik disini

BELAJAR MIKROKONTROLER 2020

Sistem Penyiraman Taman Berbasis IoT