BAB II LANDASAN TEORI

A.

Teknik Substrat Teknik substrat merupakan teknik dasar sistem bercocoktanam secara

hidroponik. Teknik ini tidak menggunakan air sebagai media, tetapi menggunakan media padat selain tanah (batu apung, pasir, serbut gergaji atau gambut) untuk menyerap, menyediakan nutrisi air dan oksigen, serta untuk mendukung akar tanaman (sumber : Jean Baussingault, Budidaya Tanaman Dengan Pasir Dan Arang, Perancis). Hal penting yang harus diperhatikan dalam pembuatan sistem ini adalah : a) Ukuran partikel dan jenis substrat harus disesuaikan dengan jenis tanaman yang akan dibudidaya. b) Sterilisasi substrat yang akan digunakan. c) Sistem irigasi yang mendukung substrat (ebb and flow atau dropper) dan harus memiliki saluran drainase yang baik. Teknik hidroponik substrat juga dapat digunakan untuk penyemaian tahap 2 (dari kecambah sepanjang 2 cm sampai ke tunas sepanjang 5cm).Perhatikan gambar 2.1 dibawah ini:

6

7

Gambar 2.1 Teknik Hidroponik SubstratSumber : Imai, Non Circulating Hidroponic System, Tainan, TAIWAN AVRDC, 1986

Teknik hidroponik substrat dengan irigasi dropper telah diuji oleh Norters Regional Agricultural Engineering Service (NRAES) sejak tahun 1980. Dalam pengujian ini disebutkan bahwa keuntungan yang didapat dalam penggunaan teknik ini meliputi : a) Ideal digunakan untuk lahan tidak rata tanaman dapat memperoleh air sesuai kebutuhan b) Daun tanaman tidak basah sehingga mengurangi serangan cendawan c) Biaya operasional dan pemeliharaan relatif rendah karena otomatisasi penuh. d) Pengelolaan lahan atau tanaman dapat terus berlangsung, karena sistem irigasi yang digunakan terfokus pada setiap tanaman. e) Distribusi nutrisi dan air berlangsung disekitar zona tanaman, sehingga penggunaannya sangat effisien. f) Tidak terjadi kehilangan air akibat aliran permukaan maupun pengaruh angin.

8

B.

Teknik NFT Teknik NFT (Nutrient Film Technique) merupakan budidaya tanaman

secara hidroponik yang meletakkan akar tanaman pada lapisan air yang dangkal, tersirkulasi (drain to wash atau aquaponic) dan mengandung nutrisi sesuai kebutuhan tanaman. Dengan demikian akar tanaman dapat berkembang dalam larutan nutrisi tersebut. Mengingat bahwa kelebihan air dan nutrisi dalam talang NFT dapat mengurangi jumlah oksigen diseliling akar tanaman, maka lapisan nutrisi dalam sistem NFT ditentukan maksimal setinggi 3-4 mm Hal penting yang harus diperhatikan dalam pembuatan sistem ini adalah : a) Kemiringan talang NFT disemua lajur tanam harus seragam (sumber acuan : 1-50). b) Kecepatan aliran air dan nutrisi yang masuk melalui saluran inlet tidak boleh terlalu cepat karena harus disesuaikan dengan kemiringan talang (sumber acuan : emmiter dalam faucet irrigate dapat diganti dengan kran tipe ballvalve untuk inlet dan kran tipe backwash untuk outlet) c) Acrylic tempat tanaman cukup tebal dan harus mudah dibersihkan. Adapun gambar teknik hidroponik dengan menggunakan NFT dan Aquaponik seperti gambar 2.2.

Gambar 2.2 Teknik Hidroponik NFT Dan AquaponikSumber : Pinus Lingga, Desain Hidrophonik NFT, Penebar Swadaya, Jakarta, 2003

9

Teknik hidroponik NFT tidak dapat digunakan untuk penyemaian tahap 1 maupun tahap 2, dan hanya digunakan untuk pembudidayaan saja. Teknik hidroponik NFT dengan irigasi drain to wash telah diuji oleh Cooper, Allen.Dr dan dipublikasikan melalui Growers Book pada tahun 1982. Dalam pengujian ini disebutkan bahwa keuntungan yang didapat dalam penggunaan teknik ini meliputi Kemiringan talang NFT disemua lajur tanam harus seragam (sumber acuan : 1-50). C. Mikrokontroler AT89S52 Sesuai dengan namanya, mikrokontroler adalah suatu alat atau komponen pengendali atau pengontrol yang berukuran kecil (mikro). Mikrokontroler merupakan bentuk minimum dari komputer pada sebuah IC yang berfungsi sebagai unit pengontrol suatu aplikasi tertentu. Mikrokontroler terdiri dari dari perangkat keras dan perangkat lunak. Oleh karena itu agar mikrokontroler dapat dipakai sebagai unit pengontrol tentunya harus diprogram terlebih dahulu. Sebelum adanya mikrokontroler, telah terlebih dahulu muncul apa yang disebut mikroprosessor, namun mikrokontroler jauh lebih unggul. Alasannya adalah sebagai berikut: a. Tersedia I/O Di dalam mikrokontroler I/O sudah tersedia, bahkan untuk AT89S52 ada 32 jalur I/O, sementara pada mikroprosessor dibutuhkan IC tambahan untuk menangani I/O tersebut (PPI 8255).

10

b. Memori internal Memori merupakan media untuk menyimpan program dan data sehingga mutlak harus ada. Sedangkan mikroprosessor belum memiliki memori internal sehingga memerlukan IC memori eksternal. Namun demikian, meski memiliki berbagai kelemahan, mikroprosessor tetap digunakan sebagai dasar dalam belajar mikrokontroler. a) Fitur-fitur AT89S52External Interrupts SPI Serial Interface

Timer 2 Timer 1 Counter Inputs

Interrupt Control

Flash

SPI

EEPROM

RAM

Timer 0

CPUBus Control UART Port

OSC

Watchdog

4 I/O Ports

TXD P0 P1 P2 P3 Address/Data

RXD

Gambar 2.3 Diagram blok arsitektur IC AT89S52Sumber: Atmel Semiconductor, September 1997, Data Sheet AT89C52

Mikrokontroler AT89S52 merupakan produk ATMEL, memiliki memori dengan teknologi nonvolatile memori, isi memori tersebut dapat diisi ulang ataupun dihapus berkali-kali. Memori ini biasa digunakan untuk menyimpan intruksi (perintah) berstandar MCS-51 code sehingga memungkinkan

mikrokontroler ini untuk bekerja dalam mode single chip operation (mode operasi keping tunggal) yang tidak memerlukan eksternal memori untuk menyimpan source code tersebut.

11

Adapun fitur-fitur yang dimiliki mikrokontroler AT89S52 adalah: 1. kompatibel dengan MCS-51. 2. 8 Kbyte memori program yang dapat ditulis hingga 1000 kali. 3. 0 kecepatan clock -33 MHz. 4. 128 byte memori RAM internal. 5. 32 jalur input-output (4 buah port paralel I/O). 6. 2 timer/counter 16 bit 7. 2 data pointer. 8. 6 interrupt (2 timer, 2 counter, 1 serial, 1 reset). 9. ISP (In System Programmable) Flash Memory. 10. Port serial full-duplex. Mikrokontroler AT89S52 memiliki pin berjumlah 40 dan umumnya dikemas dalam DIP (Dual Inline Package). Pada tiap masing-masing pin mikrokontroler AT89S52 mempunyai kegunaan sebagai berikut:

Gambar 2.4 Konfigurasi pin IC AT89S52

12

1. Port 1 Merupakan salah satu port yang berfungsi sebagai general purpose I/O dengan lebar 8 bit. Sedangkan untuk fungsi lainnya port 1 tidak memiliki. 2. RST Berfungsi sebagai input untuk melakukan reset terhadap mikro, dan jika RST bernilai high selama minimal 2 machine cycle, maka nilai internal register akan kembali seperti awal mulai bekerja. Terjadinya reset akan berpengaruh pada nilai dari masing-masing SFR (special Function Register). 3. Port 3 Port yang terdiri dari 8 bit masukan dan keluaran. Di samping berfungsi sebagai masukan dan keluaran, port 3 juga mempunyai fungsi khusus yang lain. Tabel 2.1 Fungsi khusus port 3 Pin P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 Fungsi RXD masukan port serial TXD keluaran port serial INT0 masukan interupsi 0 INT1 masukan interupsi 1 T0 masukan timer/Counter 0 T1 masukan timer/Counter 1 WR pulsa penulisan data memori luar RD pulsa pembacaan data memori luar

13

4. XTAL 1 dan XTAL 2 Merupakan pin inputan untuk kristal osilator 5. GND Pada kaki berfungsi sbagai pentanahan (ground). 6. Port 2 Port yang berfungsi sebagai general purpose I/O dengan lebar 8 bit. Fungsi lainnya adalah sebagai high byte address bus (pada penggunaan memori external). 7. PSEN PSEN (Program Store Enable) merupakan pulsa pengaktif untuk membaca progrm memori luar. 8. ALE Berfungsi untuk demultiplexer pada saat port 0 bekerja sebagai multiplexed address/data bus (pengaksesan memori eksternal). Pada paruh pertama memori cycle, pin ALE mengeluarkan signal latch yang menahan alamat ke eksternal register. Pada paruh kedua memori cycle, port 0 akan digunakan sebagai data bus. Jadi fungsi utama dari ALE adalah untuk memberikan signal ke IC latch (bisa 74HCT573) agar menahan menyimpan address dari port 0 yang akan menuju memori eksternal (address 0-7), selanjutnya memori eksternal akan mengeluarkan data yang melalui port 0 juga. 9. EA EA (External Access) harus dihubungkan dengan ground jika menggunakan program memori luar. Jika menggunakan program memori internal maka EA

14

dihubungkan dengan VCC. Dalam keadaan ini mikrokontroler bekerja secara single chip. 10. Port 0 Salah port yang juga berfungsi sebagai general purpose I/O (dapat digunakan sebagai masukan dan juga keluaran) dengan lebar 8 bit. Fungsi lainnya adalah sebagai multiplexed address/data bus (pada saat mengakses memori eksternal). 11. VCC Berfungsi sebagai tempat sumber tegangan sebesar +5 Volt. Untuk besar tegangannnya harus diusahakan sebesar kurang lebih dari 5 V (4,8 V) agar mikrokontroler dapat bekerja. Apabila kurang dari itu maka dikhawatirkan mikrokontroler tidak akan dapat bekerja (diprogram). Atau bisa dikatakan tegangan berapa saja boleh (mendekati 5 volt) asal pada saat pengisian berlangsung tidak ada masalah, karena tegangan yang tidak sesuai akan mengakibatkan proses pengisian program ke IC mikrokontroler menjadi gagal. Tabel 2.2 Keluarga AT89S52 Program memory AT89C1051 1K Flash AT 89C2051 2K Flash AT89C51 4K Flash AT89C52 AT89C55 AT89S8252 AT89S53 8K Flash 20K Flash 8K Flash 12K Flash Device name Data memory Bytes 64 RAM 128 RAM 128 RAM 16-bit timers 1 2 2 technology CMOS CMOS CMOS CMOS CMOS CMOS CMOS

256 RAM 3 256 RAM 3 256 RAM 2K 3 EEPROM 256 RAM 3

Sumber : Atmel Semiconductor, September 1997, Data Sheet AT89C51

15

b) Struktur memori Mikrokontroler AT89S52 mempunyai struktur memori terpisah antara RAM internal dan flash peromnya, seperti terlihat pada Gambar 2.9. RAM internal dialamati oleh RAM address register sedangkan flash perom yang menyimpan perintah perintah MCS-51dialamati oleh program address register. Dengan struktur memori yang terpisah tersebut walaupun RAM internal dan flash perom mempunyai alamat awal yang sama namun secara fisik kedua memori tersebut tidak saling berhubungan. Mikrokontroler AT89S52 mempunyai struktur memori yang terdiri atas beberapa bagian: 1. RAM internal 2. Special Function Register 3. Flash PEROM

c) SFR (Special Fungsion Register) Merupakan suatu alamat pada memori RAM internal yang memiliki fungsi khusus. Dalam mempelajari mikrokontroler, khususnya tipe AT89S52, kita harus dapat memahami fungsi dan pemakaian dari tiap-tiap SFR karena bila kita tidak bisa memahami maka kita akan kesulitan dalam pemakaian fitur-fitur yang dimiliki oleh mikrokontroler tersebut (Port, Interrupt, Timer/Counter, Serial, dll.). Berikut penjelasan singkat tentang SFR yang dimiliki AT89S52:

16

1. Akumulator ACC atau akumulator digunakan sebagai register utama dalam proses aritmatik dan penyimpanan data sementara. Akumulator dalam instruksi pemrograman dituliskan sebagai A. 2. Register B Digunakan selama operasi perkalian dan pembagian. Untuk instruksi lain bisa diperlakukan sebagai scratch-pad. 3. Stack Pointer Register SP adalah register penunjuk alamat dari stack. Pada operasi PUSH dan POP serta CALL dan Ret maka nilainya akan berubah sesuai dengan alamat stack saat itu. 4. Data Pointer Register DPTR (Data Pointer) merupakan register 16 bit yang digunakan sebagai penyimpan alamat data. Terdiri dari DPH sebagai penyimpan High byte dan DPL sebagai penyimpan low byte. 5. Port 0, Port 1, Port 2 dan Port 3 Merupakan latches yang digunakan untuk menyimpan data yang akan ditulis dari/ke masing-masing port. 6. Serial Data Buffer SBUF (Serial Data Buffer) terdiri dari dua register yang terpisah, yaitu register penyangga pengirim (transmit buffer) dan penyangga penerima (receive buffer). Pada saat data disalin ke SBUF maka data sesungguhnya dikirim ke

17

penyangga pengirim sedangkan pada saat data disalin dari SBUF maka sebenarnya data tersebut berasal dari penyangga penerima. 7. Control Register Register-register IP, IE, TMOD, SCON, TCON dan PCON berisi bit-bit kontrol dan status untuk sistem interupsi, timer, counter, dan port serial.

d) Flash PEROM Dengan kapasitas 4Kb flash perom (programmable and erasable read only memory) atau dikenal dengan program yang dapat ditulis ulang atau dihapus menggunakan perangkat programmer. Dalam flash perom menggunakan Atmel High-Density Non Volatile Technology yang mempunyai kemampuan untuk ditulis ulang hingga 1000 kali dan berisikan perintah standart AT89S52. Program yang ada pada flash perom akan dijalankan jika pada saat sistem direset, pin EA berlogika satu sehingga mikrokontroler aktif berdasarkan yang pada flash peromnya. Namun jika pin EA berlogika nol maka mikrokontroler aktif berdasarkan program yang ada pada memori eksternal.

D. ADC0808 ADC0808 adalah IC pengubah analog menjadi digital dengan masukan berupa 8 kanal input yang dapat dipilih. ADC0808 yang didesain terhubung dengan modul mikrokontroller dikhususkan untuk melakukan proses konversi secara terkontrol, yaitu sebuah proses konversi perubahan tegangan dari analog ke digital berdasarkan perintah dari mikrokontroller. ADC ini mempunyai ketelitian sebesar bit LSB dengan resolusi 8 bit dan waktu konversi 100 uS.

18

Gambar 2.5 Blok diagram ADC Sumber: data sheet National Semiconductor

Seperti yang terlihat pada gambar 2.5, ADC ini mempunyai 8 kanal saklar analog multipleks yang diatur oleh Address Latch and Decoder di mana multiplexer ini akan meneruskan sinyal analog tersebut ke bagian konversi tegangan. Pada mode terkontrol, proses konversi dilakukan setelah perintah start yaitu logika 1 pada kaki START diberikan. Kecepatan konversi tergantung dari frekuensi clock yang diberikan oleh rangkaian eksternal. Sedangkan hasil konversi dikirimkan ke Tri State Output Latch Buffer yang kompatibel dengan level TTL, yaitu sebuah buffer penahan yang bersifat tiga tingkat di mana tingkat pertama terjadi pada saat data hasil konversi masuk ke input dari bagian ini. Tingkat kedua saat data tersebut di latch (terjadi secara otomatis dalam IC ini setiap kali konversi) ke dalam buffer internalnya dan tingkat ketiga saat sinyal OE yang berlogika 1 diberikan ke kaki OE IC ini sehingga data yang ada dalam buffer internal dikirim ke bagian output (D0.D7). Selama kaki OE masih berlogika 0

19

maka jalur output (D0D7) bersifat high impedance (impedansi tinggi) dan belum mengeluarkan hasil konversi. ADC0808 mempunyai 8 buah kanal input yang diatur oleh kaki A0, A1 dan A2 sesuai dengan tabel berikut: Tabel 2. Pemilihan masukan ADC0808 Kanal masukan yang dipilih IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 Kaki Alamat AD2 AD1 AD0 L L L L L H L H L L H H H L L H L H H H L H H H

Gambar 2.6 Diagram pewaktuan ADC0808 data sheet National Semiconductor Sumber: data sheet National Semiconductor

Pada timing diagram di atas, tampak proses konversi mulai terjadi saat sinyal ALE dan Start muncul. Sinyal analog di kanal sesuai yang ditunjukkan

20

berdasarkan kaki A0, A1 dan A2 akan dikonversi menjadi digital. Akhir proses konversi terjadi dengan adanya perubahan dari logika 0 ke logika 1 pada kaki EOC. Data hasil konversi akan muncul di Data Bus (D0D7) saat sinyal OE berlogika 1 muncul. E. LCD LCD dibuat dari kristal cair yang merespon adanya medan listrik. Cristal tersebut terdiri atas molekul seperti batang yang apabila tekena medan listrik akan menyusun diri agar melewatkan atau menahan cahaya yang mengenainya. Oleh karena itu diperlukan sumber cahaya lain agar tampilan LCD dapat terlihat. Lapisan film yang berisikan cristal cair diletakan diantara dua lempeng kaca yang telah ditanami elektroda logam transparan, seperti terlihat pada Gambar 2.7. saat tegangan dicatukan pada beberapa pasang elektroda, molekul-molekul cristal cair akan menyusun diri agar cahaya yang mengenainya akan dipantulkan atau diserap. Dari hasil pemantulan atau penyerapan cahaya tersebut akan terbentuk pola huruf, angka, atau gambar sesuai bagian yang diaktifkan.

Gambar 2.7 Liquid Cristal DisplaySumber : Liquid Crystal Display Module, Seiko Instrument Inc, Jepang

LCD membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat popular untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrumen elektronik lain seperti

21

Global Positioning System (GPS), bargraph display, dan multimeter digital. LCD umumnya dilemas dalam bentuk. Dual in-line package (DIP) dan mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam satu panel. Untuk membentuk pola, baik karakter ataupun gambar, pada kolom dan baris secara bersamaan digunakan metode screening. Metode screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan statu kolom dan statu baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua. Penggunaan metode ini dimaksudkan untuk menghemat jalar yang digunakan untuk mengaktifkan panel LCD. Sekarang ini, berbagai jenis LCD telah dikembangkan. Dari jenis LCD biasa, Passive-Matrix LCD (PMLCD), hingga Thin-Film Transistor Active-Matrix LCD (TFT-AMLCD). Kemampuan LCD juga telah ditingkatkan, dari yang monokrom hingga yang mampu menampilkan ribuan warna.