1MENGUKUR KELEMBABAN TANAH DENGAN KADAR AIR YANGBERVARIASI MENGGUNAKAN SOIL MOISTURE SENSOR FC-28

BERSASIS ARDUINO UNO

A. PENDAHULUANSejalan dengan perkembangan teknologi yang semakin pesat dan juga

dengan bertambahnya populasi manusia, menyebabkan terjadinya krisiskebutuhan air karena penggunaan secara terus menerus dalam jumlah besaroleh manusia. Ironisnya air merupakan kebutuhan yang paling utama bagiseluruh mahluk hidup. Pada saat musim kemarau keberadaan air semakinlangka untuk digunakan pada lahan pertanian. Untuk mendapatkan hasilpertanian yang maksimal dan mengurangi penggunaan air yang sia-sia,pemberian air pada lahan pertanian tidak boleh kurang atau lebih. Karenapemberian air yang kurang atau berlebihan pada tumbuhan dapat menyebabkantumbuhan tersebut kering atau busuk. Salah satu cara untuk mengetahui apakahair yang dibutuhkan tanaman sesuai dengan kebutuhannya, dapat dilihat darikelembaban tanahnya.

Kelembaban tanah adalah jumlah air yang ditahan di dalam tanahsetelah kelebihan air dialirkan, apabila tanah memiliki kadar air yang tinggimaka kelebihan air tanah dikurangi melalui evaporasi, transpirasi dantransporair bawah tanah. Standar atau acuan dalam mengukur kelembabantanah, yaitu American Standard Method (ASM). Prinsip dari metode ini adalahdengan cara melakukan perbandingan antara massa air dengan massa butirantanah (massa tanah dalam kondisi kering), yang ditunjukkan oleh persamaanberikut :

Rh = x 100%Keterangan :Rh= Kelembaban Tanah (%)ma = Massa Air (Gram)mt = Massa Tanah (Gram)

Massa butiran tanah diperoleh dengan menimbang tanah kering. Sedangkanmassa air adalah selisih dari massa butiran tanah yang telah diberi air denganmassa butiran tanah.

Salah satu cara untuk menentukan kadar air dalam tanah (kelembabantanah) adalah dengan menggunakan soil moisture sensor. Soil moisture sensoradalah sensor kelembaban yang dapat mendeteksi kelembaban dalam tanah.Sensor ini membantu memantau kadar air atau kelembaban tanah pada tanaman.

2Sensor ini terdiri dari dua probe untuk melewatkan arus melalui tanah,kemudian membaca resistansinya untuk mendapatkan nilai tingkat kelembaban.Semakin banyak air membuat tanah lebih mudah menghantarkan listrik(resistansi kecil), sedangkan tanah yang kering sangat sulit menghantarkanlistrik (resistansi besar). Adapun spesifikasi dari sensor yaitu :1. Tegangan masukan : 3.3 volt atau 5 volt2. Tegangan keluaran : 0 - 4.2 volt3. Arus : 35 mA

Gambar 1. Soil Moisture Sensor FC-28

Sensor ini mampu mendeteksi langsung nilai kelembaban tanah yangmenunjukkan banyaknya kadar air di dalam tanah dengan memadukannyadengan mikrokontroller. Mikrokontroler yang digukan adalah Arduino Uno.

Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328.Memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapatdigunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal,koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukungmikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan BoardArduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik denganAC ke adaptor DC atau baterai untuk menjalankannya.

Uno berbeda dengan semua board sebelumnya dalam hal koneksi USB-to-serial yaitu menggunakan fitur Atmega8U2 yang diprogram sebagaikonverter USB-to-serial berbeda dengan board sebelumnya yang menggunakanchip FTDI driver USB-to-serial.

3Gambar 2. Modul Arduino Uno

B. TUJUANProjek ini bertujuan untuk merancang alat untuk mengukur

kelembaban tanah menggunakan Soil Moisture Sensor berbasis Arduino Uno.

C. PELAKSANAAN Tempat

Poyek ini dilaksanakan di Laboratorium Fisika Dasar FakultasMatematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Mataram.

WaktuAdapun rincian kegiatan seperti yang tertera pada tabel berikut :

Tabel 1. Rincian Kegiatan

No NamaKegiatan

Minggu ke -1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 Menentukantema

2 Mengumpulkanstudi literature

3 Mendata alatdan bahan

4 Inventaris alatdan bahan

5 Merancang alat6 Pengujian alat7 Pelaporan8 Presentasi

4D. METODE PENELITIAN1. Teknik Perancangan Hardware

Perancangan hardware meliputi perancangan rangkaian SoilMoisture Sensor FC-28 yang terhubung dengan modul Arduino Uno.Gambar rangkaian yang dirancang ditunjukkan pada gambar 3.

Gambar 3. Rangkaian Soil Moisture Sensor FC-28

Adapun pin arduino yang akan digunakan adalah pin A0, pin GNDdan pin Vin. Langkah percobaan yang dilakukan adalah:1. Mikrokontroler Arduino Uno disiapkan. Kemudian potensiometer

sebesar 500k ditancapkan pada breadboard dimana potensiometerterdiri dari 3 kaki.

2. Kaki pertama dihubungkan dengan Soil Moisture Sensor FC-28melalui kabel penghubung sensor. Sementara kaki potensiometer yangkedua dihubungkan dengan kaki diode yang pertama yang dirangkaipanjar maju.

3. Kaki resistor pertama dan kaki kapasitor pertama dihubungkan dengankaki pertama pada diode. Rangkaian ini berfungsi sebagai input SoilMoisture Sensor FC-28 yang dihubungkan ke pin A0 pada arduino.

4. Sedangkan kaki ketiga dari potensiometer dan kaki kedua dari diode,resistor dan kapasitor digroundkan yang kemudian dihubungkan ke pinground pada arduino.

5. Kabel kedua pada Soil Moisture Sensor FC-28 dikoneksikan padapower 5V di arduino.

6. Koneksi USB arduino dihubungkan ke port USB laptop.2. Teknik Perancangan Software

Perancangan perangkat lunak meliputi pembuatan program padasoftware Arduino Uno. Pada perancangan ini pemrograman keseluruhan

5sistem menggunakan bahasa pemrograman C. Adapun flowchart programpada perancangan perangkat lunak ditunjukkan pada gambar 4.

Ya

Tidak

Ya

Tidak

Gambar 4. Flowchart Program

Start

Kelembaban (Pin A0)

Ambil data kelembaban(Data Analog)

Apakah?DA (0

6Dari keterangan di atas, terlihat bahwa proses pengukurankelembaban tanah dapat dilakukan secara otomatis oleh program. Sistemakan mengecek apakah nilai kelembaban tanah berada pada range 0sampai

7sensor yang terbaca pada serial monitor menjadi satuan voltase adalahsebagai berikut:

Voltase = x 5V

E. HASIL DAN PEMBAHASAN1. Hasil Perancangan Alat

Spesifikasi alat yang dirancang adalah sebagai berikut :

Gambar 5. Hasil Perancangan AlatKeterangan gambar :1. Modul Arduino Uno2. Soil Moisture Sensor FC-283. Kabel penghubung ground4. Kabel penghubung power5. Kabel penghubung probe I6. Diode IN41487. Kapasitor ELCO 10 16volt8. Resistor 100k9. Potensiometer 500k10. Kabel USB11. Bread board12. Kabel penghubung probe II

Tampak dari gambar rangkaian di atas, Soil Moisture Sensor FC-28 dihubungkan ke Pin A0 sebagai input signal dengan jalur masukancatu daya sebesar 5 volt. Hal ini disebabkan sensor tersebut bekerja

8dengan baik pada tegangan input sebesar 5 volt dan temperature 100C-300C dengan keluaran sebesar 0-4.2 volt. Sensor ini bekerja dengan sistemanalog, sehingga dihubungkan ke Pin analog di arduino. Sementara PinGND pada arduino berfungsi sebagai jalur masukan ground. Kabel USBpada arduino dihubungkan dengan port USB laptop dengan tujuan untukkomunikasi serial dengan laptop dan memberikan daya pada arduino agartetap bekerja.

2. Hasil Kalibrasi AlatProses kalibrasi terhadap soil moisture sensor FC-28 digunakan

untuk mengetahui dan mendapatkan tingkat keakuratan sensor ketikapengambilan data. Hasil kalibrasi pengukuran kelembaban tanah yangmeliputi nilai bacaan sensor, nilai %Rh, nilai tegangan keluaran (voltase)dan nilai sensitivitas dari sensor tersebut dapat dilihat pada tabel 2 berikut:

Tabel 2. Hasil Kalibrasi Pengukuran Kelembaban Air Tanah

Pengukuranke-

NilaiBacaanSensor

%Rh Voltase(mV)Sensitivitas(%Rh/mV)

1 15 0 75.07 0.0002 544 2.4 2657.17 0.0013 606 4.8 2959.29 0.0024 634 7.3 3098.45 0.0025 709 9.7 3461.91 0.0036 732 12.1 3572.08 0.003

Berdasarkan tabel 2 di atas terlihat jelas bahwa semakin besar nilaikelembaban tanah maka nilai tegangan (voltase) tanah yang dikeluarkanoleh soil moisture sensor FC-28 semakin besar pula. Hal ini dikarenakansemakin lembab kondisi tanah membuat tanah lebih mudahmenghantarkan listrik (resistansi kecil). Jika resistansinya kecil, maka nilaivoltase tanah semakin besar. Sedangkan tanah yang kering sangat sulitmenghantarkan listrik (resistansi besar). Jika resistansinya besar, makanilai voltase tanah semakin kecil. Dari nilai %Rh dan voltase dapatdiperoleh nilai sensitivitas dari soil moisture sensor FC-28 yangmenunjukkan seberapa besar kemampuan sensor untuk mengukur nilaikelembaban tanah.

Dari keenam nilai sensitivitas di atas dapat diperoleh rata-ratasensitivitas sensor sebesar 0.02 %Rh/mV. Jika dibandingkan dengan nilai

9sensitivitas pada Soil Moisture Sensor Specifications (terlampir) yangmemiliki sensitivitas sebesar 0.108 %Rh/mV, nilai sensitivitas soilmoisture sensor FC-28 sedikit menyimpang. Hal ini dikarenakan pada saatkalibrasi terjadi beberapa kesalahan teknik kalibrasi. Pertama, tanah yangakan digunakan sebagai media pengukuran kelembaban tanah tidakdipanggang, sehingga massa tanah yang diperoleh tidak akurat, sebab padasaat soil moisture sensor FC-28 ditancapkan muncul pada serial monitornilai 15. Berdasarkan ASM nilai kelembaban tanah adalah 0 %. Artinyatanah dalam kondisi kering. Namun hasil pengukuran menggunakan soilmoisture sensor FC-28 menunjukkan bahwa tanah tidak sepenuhnyakering.

Kedua, pada saat penambahan kadar air pada tanah, tanah yang adapada gelas ukur berukuran 500 ml tidak diaduk, sehingga air tidakterdistribusi merata (tidak mencapai titik jenuh). Hal ini menyebabkanpengukuran kelembaban tanah hanya terpusat pada titik yang basah,lembab ataupun kering saja. Sehingga nilai kelembaban tanah yang terbacaoleh sensor menjadi kurang akurat. Meskipun demikian, soil moisturesensor FC-28 dapat dikatakan telah beroperasi dengan cukup baik karenapresentase error dari soil moisture sensor FC-28 hanya mencapai 8.8%dari Soil Moisture Sensor Specifications.

3. Hasil Pengujian AlatDari hasil pengujian soil moisture sensor FC-28, dapat diketahui

bahwa semakin besar jumlah penambahan kadar air maka nilaikelembaban tanah semakin meningkat yang ditandai dengan nilai dankategori Kering, Lembab dan Basah sesuai dengan range yang telahditentukan yang terlihat pada serial monitor pada arduino. Adapun hasilpengujiannya dapat dilihat pada lampiran 1.

F. PENUTUPA. Kesimpulan

Berdasarkan hasil yang diperoleh dapat disimpulkan bahwaperancangan alat soil moisture sensor FC-28 berbasis Arduino Uno telahberoperasi dengan cukup baik karena mampu mengukur kelembaban airtanah pada sensitivitas sebesar 0.02 %Rh/mV dengan presentase errorsebesar 8.8% .

B. Saran

10

Dalam perancangan alat ini masih terdapat kelemahan. Untukmemperbaiki kinerja alat dan pengembangan lebih lanjut disarankan:1. Memanggang tanah terlebih dahulu untuk mendapatkan massa

tanah kering yang akurat.2. Mengaduk tanah jika telah ditambahkan air agar air dapat

terdistribusi merata pada tanah, sehingga tanah menjadi jenuh danpengukuran kelembaban tanah menjadi akurat.

DAFTAR PUSTAKA

11

Arduino.cc, Arduino unodatasheet.

Gani, Siti Hardianti dkk. 2014. Rancang Bangun Sistem Penyiraman Tanamansecara Otomatis Menggunakan Soil Moisture Sensor SEN0057 BerbasisMikrokontroler Atmega328p. Sumatera Utara: Untad.

Isnainin, Rahmat dkk. 2012. Rancangan dan Uji Coba Otomatisasi Irigasi Curah.Jawa Barat: Universitas Agrikultur Bogor.

Stevanus, Setiadikurnia D. 2013. Alat Pengukur Kelembaban Tanah BerbasisMikrokontroler PIC 16F84. Bandung: Universitas Kristen Maranatha.