Perancangan Pengaturan Suhu Pada Miniatur Rumah Kaca

1. Latar BelakangDewasa ini, perkembangan pertanian sedang gencar dikembangkan. Berbagai macam teknologi dikembangkan untuk meningkatkan hasil produksi pertanian baik dengan cara intensifikasi dan ekstensifikasi lahan yang ada. Teknologi yang telah kita ketahy perkembangannya adalah teknologi green house. Green house atau yang dikenal dengan rumah kaca saat ini bukanlah barang baru bagi pelaku agribisnis, terutama agribisnis hortikultura seperti sayuran dan tanaman hias. Meskipun demikian, hal itu tidak menjamin bahwa semua petani Indonesia mengerti dan mengetahui tentang green house ini. Jangankan tahu manfaatnya, bahkan mungkin melihatnya saja belum pernah. Rumah kaca/green house yang digunakan di Indonesia sebagian besar digunakan untuk penelitian percobaan budidaya, percobaan pemupukan, percobaan ketahanan tanaman terhadap hama maupun penyakit, percobaan kultur jaringan, percobaan persilangan atau pemuliaan, percobaan hidroponik dan percobaan penanaman tanaman diluar musim oleh para mahasiswa , para peneliti, para pengusaha dan praktisi disemua bidang pertanian.Berdasarkan pertimbangan diatas, kami berinisiatif membuat sebuah rancangan green house atau rumah kaca tersebut yang kami tuangkan kedalam sebuah miniatur. Dimana dalam pengerjaannya, kami mengaplikasikan prinsip kerja sederhan dari green house. Dengan membuat sebuah sistem pengontrol suhu ruangan menggunakan sensor suhu yang mengirimkan sinyal tegangan pada sebuah Arduino yang merupakan mikrokontroler turunan yang didesain untuk memudahkan user dengan bahasa pemrograman.Selain itu, perancangan ini juga dibuat agar suhu dalam sebuah rumah kaca konstan. Atas dasar pengetahun sederhana kami tentang holtikultura yang menyatakan bahwa ada beberapa jenis tanaman yang memerlukan suhu yang konstan untuk berkembang.

2. Landasan Teori2.1 Rumah Kaca (Green House)Rumah kaca atau green house pada prinsipnya adalah sebuah bangunan yang terdiri atau terbuat dari bahan kaca atau plastik yang sangat tebal dan menutup diseluruh pemukaan bangunan, baik atap maupun dindingnya. Didalamnya dilengkapi juga dengan peralatan pengatur temperature dan kelembaban udara serta distribusi air maupun pupuk. Bangunan ini tergolong bangunan yang sangat langka dan mahal, karena tidak semua tempat yang kita jumpai dapat ditemukan bangunan semacam ini. Green house biasanya hanya dimiliki oleh Perguruan Tinggi atau lembaga pendidikan, Balai Penelitian dan perusahaan yang bergerak dibidang bisnis perbenihan, bunga dan fresh market hortikultura. Namun di negara-negara pertanian yang sudah maju seperti USA, Australia, Jepang dan negara-negara Eropa sebagian besar tanaman hortikulturanya ditanam di rumah kaca. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan greenhouse di mancanegara sudah umum dilakukan. Bahkan mungkin sudah berpuluh tahun sebelum negara kita mengadopsi tekhnologi tersebut.

2.2 Deskripsi Alat2.2.1 ArduinoArduino dikatakan sebagai sebuah platform dari physical computing yang bersifat open source. Pertama-tama perlu dipahami bahwa kata platform di sini adalah sebuah pilihan kata yang tepat. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory microcontroller. Ada banyak projek dan alat-alat dikembangkan oleh akademisi dan profesional dengan menggunakan Arduino, selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung (sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk bisa disambungkan dengan Arduino. Arduino berevolusi menjadi sebuah platform karena ia menjadi pilihan dan acuan bagi banyak praktisi.

Dengan mengambil contoh sebuah papan Arduino tipe USB, bagian-bagiannya dapat dijelaskan sebagai berikut.

Bagian-bagian Papan Arduino

2.2.2 Sensor LM35Sensor suhu IC LM 35 merupkan chip IC produksi Natioanal Semiconductor yang berfungsi untuk mengetahui temperature suatu objek atau ruangan dalam bentuk besaran elektrik, atau dapat juga di definisikan sebagai komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah perubahan temperature yang diterima dalam perubahan besaran elektrik. Sensor suhu IC LM35 dapat mengubah perubahan temperature menjadi perubahan tegangan pada bagian outputnya. Sensor suhu IC LM35 membutuhkan sumber tegangan DC +5 volt dan konsumsi arus DC sebesar 60 A dalam beroperasi. Bentuk fisik sensor suhu LM 35 merupakan chip IC dengan kemasan yang berfariasi, pada umumnya kemasan sensor suhu LM35 adalah kemasan TO-92 seperti terlihat pada gambar dibawah.

Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa sensor suhu LM35 pada dasarnya memiliki tiga pin yang berfungsi sebagai supply tegangan DC +5 Volt, sebagai pin output hasil penginderaan dalam bentuk perubahan tegangan DC pada Vout dan pin ground. Karakteristik sensor suhu IC LM35 adalah : Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10mVolt/C, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5C pada suhu 25 C seperti terlihat pada gambar. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 C sampai +150 C. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 A. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 C pada udara diam. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar C.

Sensor suhu IC LM35 memiliki keakuratan tinggi dan mudah dalam perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, sensor suhu LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kontrol khusus serta tidak memerlukan seting tambahan karena output dari sensor suhu LM35 memiliki karakter yang linier dengan perubahan 10mV/C. Sensor suhu LM35 memiliki jangkauan pengukuran -55C hingga +150C dengan akurasi 0.5C. Tegangan output sensor suhu IC LM35 dapat diformulasikan sebagai berikut :

Vout LM35 = Temperature x 10 mV

Sensor suhu IC LM 35 terdapat dalam beberapa varian sebagai berikut : LM35, LM35A memiliki range pengukuran temperature -55C hingga +150C. LM35C, LM35CA memiliki range pengukuran temperature -40C hingga +110C. LM35D memiliki range pengukuran temperature 0C hingga +100C. LM35Kelebihan dari sensor suhu IC LM35 antara lain : Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai +150C Low self-heating, sebesar 0.08 C Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30 V Rangkaian menjadi sederhana Tidak memerlukan pengkondisian sinyal

2.2.3 LCDDisplay elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.

Material LCD (Liquid Cristal 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. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. 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.

Contoh Bentuk LCD (Liquid Cristal Display)

Pengendali / Kontroler LCD (Liquid Cristal Display)Dalam modul LCD (Liquid Cristal Display) terdapat microcontroller yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD (Liquid Cristal Display). Microntroller pada suatu LCD (Liquid Cristal Display) dilengkapi dengan memori dan register. Memori yang digunakan microcontroler internal LCD adalah : 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 : 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 keDDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut keDDRAM 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.

2.2.4 DiodaDioda ialah jenis vacuum tube yang memiliki dua buah elektroda. Dioda termasuk komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor. Beranjak dari penemuan dioda, para ahli menemukan juga komponen turunan lainnya yang unik. Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.

Gambar diodaDalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektroda aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan.Fungsi paling umum dari dioda adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan.Dioda dapat ber-fungsi sebagai penyearah sinyal tegangan AC menjadi sinyal DC. Dengan menggunakan sebuah dioda dapat digunakan sebagai penyearah setengah gelombang, sebaliknya dengan menggunakan 4 buah dioda yang dirangkai seperti jembatan dapat menjadi penyearah gelombang penuh atau dapat dilakukan dengan menggunakan 2 buah dioda dengan trafo yang memiliki center tap.Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang sempurna (benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada panjar mundur), tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus taklinier kompleks yang bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi penggunaan. Beberapa jenis dioda juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan.

2.2.5 Potensio Meter (Trimpot)Trimpot (Trimming Potensiometer )adalah Sebuah trimmer miniatur komponen elektrik yang bisa diatur/disetel. Ini berarti bisa di setel supaya tepat ketika beberapa piranti dipasangkan, dan tak akan dilihat atau di atur/setel oleh pengguna. Trimmer dapat berupa variable resistors (potensiometer) atau variable kapasitor. Pada dasarnya potensio dan trimpot secara funsionalnya sama yaitu mengubah nilai resistansi dengan cara memutar atau menggeser pada porosnya.

Gambar berikut adalah gambar dari macam-macam potensiometer

Komponen ini biasanya digunakan pada rangkaian yang memiliki kecermatan seperti Audio/Video komponen, dan mungkin diperlukan untuk diatur/disetel ketika ada perbaikan. Tidak seperti pengatur lainnya, trimmer dipasangkan langsung di papan rangkaian, dan diatur/disetel dengan obeng kecil dan hanya beberapa kali penyesuaian. Pada tahun 1952, Marlan Bourns mematenkan penemuannya di dunia pertamakalinya dengan nama trimming potentiometer, merek "Trimpot".

Berikut adalah skema dari trimpot

2.2.6 ResistorResistor sebagai komponen elektronika yang berfungsi sebagai penghambat arus listrik apabila dilihat dari nilai resistansinya dapat dikategorikan dalam 2 jenis. Yaitu resistor dengan nilai resistansi tetap atau resistor tetap dan resistor dengan nilai resistansi yang dapat diubah atau resistor variabel.

Resistor tetap merupakan suatu resistor yang nilai resistansinya tidak dapat diubah. Resistor tetap memiliki nilai resistansi yang tertulis pada badan resistor menggunakan kode warna dan kode angka. Resistor jenis ini sering digunakan sebagai penghambat arus listrik secara permanen dalam rangkaian elektronika. Aplikasi secara sederhana funsi resistor tetap dalam rangkaian elektronika adalah pada pembatas arus yang mengalir pada LED atau lampu. Pemasangan resistor sebagai pembatas arus yang sifatnya tetap ini dipasang secara seri dengan beban (LED/Lampu) dalam rangkaian elektronika.

3. Spesifikasi Alat dan HargaA. Rancangan Kontrol SuhuNoAlatBanyaknya (Unit)Harga

1.Board ARDUINO UNO R31Rp. 300.000,-

2.LCD 16 x 21Rp. 40.000,-

3.PCB1Rp. 30.000,-

4.Power supply (langsung dari port USB komputer)

5.Konektor male to female yang cocok dengan port Arduino

7.Port koneksi : IDC male

8.Modul Sensor Suhu LM35 DZ1Rp. 11.000,-

9.Trimpot1Rp. 2.000,-

10.FAN

11.Motor DC 6VRp. 5.000,-

12.Kabel jumper8Rp. 8.000,-

13.Relay 5V1Rp. 7.500,-

14.IN400 21Rp. 200,-

B. Rancang Bangun Minatur Rumah KacaNoAlatBanyaknyaHarga

1.Tripleks 25 x 15 cm1 lembar

2.Kayu 1 x 0,5 x 15 cm1 meter

3.Plastik ikan1 meter

4.Paku Kecil

5.Botol Plastik2 Buah

4. Flow Chart

5. Cara Kerja5.1 SistemA. Rancangan Kontrol Suhu1. Membuat program kontrol suhu dan fan pada arduino uno.2. Menempatkan sensor suhu di dalam ruangan yang berfungsi untuk mengukur suhu lingkungan dan ketika suhu ruang kurang dari suhu yang di inginkan.3. Setelah sensor suhu menerima respon panas maka akan di teruskan ke LCD agar di ketahui nilai temperatur tersebut.4. Setelah hasil suhu keluar pada display/LCD, maka input akan memproses sesuai perintah/program pada arduino yang telah dibuat yang dimana pada suhu dengan range ....-... kipas/fan tidak akan bekerja (tidak melakukan pendinginan) sedangkan apabila nilai suhu yang di dapat melebihi nilai range maka fan secara otomatis akan bekerja.5. Output dari arduino akan menggerakan fan/kipas untuk melakukan proses pendinginan suhu lingkungan.

B. Rancangan Minatur Rumah1. Mempersiapkan alas dari tripleks dengan panjang dan lebar, 25 x 15 cm

5.2 Rangkaian Kontrol Suhu

5.3 Program/*Keteranganskema:*SambungkanLCDRSpinkepin12Arduino*SambungkanLCDenablepinkepin11Arduino*SambungkanLCDpinsD4s.dD7kepin5s.d2Arduino*SambungkanLCD+5dangroundkepin+5VdangroundArduino*SambungkanLCDVopinkepotensiometer.GunapotensiometeriniadalahuntukmengaturkontrasLCD*SambungkanICLM35bagianoutput(Kakitengah)kepinA0(Analoginputpin0)Arduino*Pin13arduinosebagaioutput,jikatemp>=30derajatPin13logik1*/

//ProgramdemoLCD

//GunakanlibraryLCD#include"LiquidCrystal.h";

//InisialisasiLCDdanmenentukanpinyangdipakaiLiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);//deklarasivariabelfloat tempC;int tempPin = 0;

void setup() {pinMode(13,OUTPUT);// Serial.begin(9600);// Set jumlah kolom dan baris LCDlcd.begin(16, 2);// Tulis Temperatur di LCDlcd.print("Temperatur:");}

void loop() {// Set cursor ke kolom 0 dan baris 1// Catatan: Baris dan kolom diawali dengan 0lcd.setCursor(0, 1); // baca data dari sensortempC=analogRead(tempPin);// konversi analog ke suhutempC=(5.0*tempC*100.0)/1024.0;// tampilkan ke LCDlcd.print(tempC);// Serial.println(tempC);if(tempC>=30) //jika temperatur >=30 derajatdigitalWrite(13,HIGH);else digitalWrite(13,LOW);delay(2000); // berhenti 2 detik untuk menunggu perubahan temperatur}

6. Hasil Perancangan6.1 Gambar6.2 Input DataKondisi ISuhu

6.3 Output Data6.4 Sumber Kesalahan7. Analisa Data8. Kesimpulan9. Daftar Pustaka