SISTEM KONTROL pH DAN EC LARUTAN

SERTA SISTEM PENJADWALAN DALAM TEKNIK AEROPONIK

BERBASIS MIKROKONTROLER

Oleh

Yosua Kristantius Candra

NIM: 612009039

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Januari 2016

i

INTISARI

Makin sempitnya lahan pertanian dari tahun ke tahun membuat hidroponik menjadi

salah satu alternatif budidaya tanaman. Dari berbagai macam teknik hidroponik yang ada,

aeroponik merupakan teknik hidroponik yang memiliki banyak kelebihan dibanding cara

bertanam konvensional maupun teknik hidroponik lainnya. Namun, aeroponik

membutuhkan penyiraman berulang kali dan pengecekan kondisi larutan nutrisi secara

rutin yang menyebabkan teknik ini jarang digunakan.

Untuk mengatasi masalah tersebut maka pada skripsi ini dibuatlah sistem untuk

mengawasi dan mengontrol kondisi larutan nutrisi secara otomatis yang meliputi derajat

keasaman (pH) dan konduktivitas (EC) larutan agar tetap stabil pada batas nilai yang

ditentukan oleh user. Sistem penjadwalan (waktu kapan tanaman diberi nutrisi) juga

ditambahkan karena proses pemberian nutrisi dalam hidroponik merupakan proses yang

dilakukan secara kontinu dalam jangka waktu yang panjang. Dengan adanya sistem

penjadwalan ini maka pemberian nutrisi pada tanaman bisa dilakukan secara otomatis

sehingga permasalahan yang terjadi jika pemberian nutrisi dilakukan secara manual dapat

diatasi.

Berdasarkan pengujian, alat yang dibuat dapat menjaga pH larutan dengan ralat

1,38% dan EC larutan dengan ralat 2,5% dari nilai set point. Jadwal penyiraman diatur

sebanyak 24 kali waktu ON-OFF setiap hari dengan waktu ON selama satu menit tiap jam.

Dengan pengaturan tersebut tanaman kangkung yang digunakan sebagai tanaman uji dapat

bertumbuh dengan tinggi sekitar 30 cm pada usia 24 hari setelah tanam.

ii

ABSTRACT

The limited agricultural land from year to year makes hydroponic be an alternative

crop cultivation. From a wide variety of hydroponic techniques existing, an aeroponics is a

hydroponics technique that has many advantages over the conventional way of farming and

other hydroponic techniques. However, aeroponics needs watering repeatedly and check

the conditions of nutrient solution a routine basis that caused this technique is rarely used.

To overcome these problems, in this thesis made a system to monitor and control

the condition of nutrient solution automatically covering the degree of acidity (pH) and

conductivity (EC) solution to remain stable in the limit values specified by the user.

Scheduling system (time when plants were given nutrient) is also added because the

nutrients in hydroponic process is carried out continuously process within long period.

With the scheduling system is the provision of nutrients in plants can be done

automatically so that problems that occur if nutrition is done manually can be overcome.

Based on testing, a tool created to maintain the pH of the solution with 1.38% and

EC errata solution with a 2.5% error of the set point value. Watering schedule is set as

much as 24 times the ON-OFF time per day with a time of ON for one minute every hour.

With such an arrangement plants were used as test plants can grow to a height of about 30

cm at the age of 24 days after planting.

iii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus yang selalu menyertai penulis selama

menempuh pendidikan sampai sekarang, hingga penulis dapat menyelesaikan perancangan

serta penulisan tugas akhir sebagai syarat kelulusan di Fakultas Teknik Elektronika dan

Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.

Pada kesempatan ini penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai

pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini :

1. Papa, Mama dan Nenek tersayang yang sudah memberikan bantuan material,

motivasi secara langsung maupun tidak langsung dan doanya. Terima kasih atas

dukungan dan nasihatnya.

2. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, M.T. dan Bapak Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng

sebagai pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan dan

bantuannya hingga skripsi ini selesai. Serta Bapak Ir. Djoko Murdono, M.S.

yang telah memberikan ide topik skripsi, saran dan bantuannya.

3. Adonia Tiara Bunga Kirana yang dengan “sabar” dan penuh cinta memberi

semangat, dukungan dan kepercayaan sehingga memotivasi penulis untuk segera

menyelesaikan skripsi.

4. Teman-teman angkatan 2009 yang tidak bisa saya sebutkan namanya satu

persatu.

5. Teman-teman KFC, teman-teman KP, teman-teman Duren, teman-teman nge-

game, teman-teman renang, teman-teman jalan-jalan, teman-teman nonton film,

teman-teman pendaki gunung dan teman-teman lainnya.

6. Teman-teman reuni angkatan nakal, Bill, Kefas, Ricky, Angga, Ocak, Bobby

dan Om Made yang secara langsung maupun tidak langsung sudah memberikan

motivasi dan semangat penulis supaya segera lulus.

7. Teman-teman penghuni Lab XT selama mengerjakan skripsi.

8. Seluruh staff, dosen, karyawan dan laboran FTEK yang memfasilitasi penulis

selama belajar di FTEK UKSW.

iv

9. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis mengucapkan

terima kasih.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata “sempurna”, oleh karena

itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga

skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.

Salatiga, Januari 2016

Penulis

v

DAFTAR ISI

INTISARI .......................................................................................................................... i

ABSTRACT ...................................................................................................................... ii

KATA PENGANTAR ..................................................................................................... iii

DAFTAR ISI ..................................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL .......................................................................................................... viii

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................. 1

1.1. Tujuan ............................................................................................................ 1

1.2. Latar Belakang ............................................................................................... 1

1.3. Spesifikasi Alat .............................................................................................. 3

1.4. Sistematika Penulisan .................................................................................... 4

BAB II DASAR TEORI ................................................................................................... 5

2.1. Hidroponik ..................................................................................................... 5

2.1.1. Keunggulan Teknik Hidroponik ...................................................... 5

2.1.2. Macam-macam Teknik Hidroponik ................................................. 6

2.2. Pengaruh EC dan pH Larutan ........................................................................ 8

2.3. Mikrokontroler Arduino Mega2560 .............................................................. 9

2.4. RTC (DS3231 AT24C32 Clock Module) .................................................... 11

2.5. WiFi Module ESP8266 ................................................................................ 12

2.6. Sensor Ultrasonik HC-SR04 ........................................................................ 12

2.7. Sensor EC ..................................................................................................... 14

2.8. Sensor pH ..................................................................................................... 14

BAB III PERANCANGAN ALAT ................................................................................ 16

3.1. Gambaran Sistem ......................................................................................... 16

3.2. Gambaran Kerja Alat ................................................................................... 17

3.3. Perancangan Perangkat Keras ...................................................................... 17

3.3.1. Pengendali Utama .......................................................................... 17

3.3.2. Pengkondisi Sinyal Sensor pH ....................................................... 19

3.3.3. Pengkondisi Sinyal Sensor EC ...................................................... 23

3.3.4. Sensor Ulttrasonik HC-SR04 ......................................................... 23

3.3.5 RTC DS3231 ................................................................................. 24

3.3.6. Modul WiFi ESP8266 .................................................................... 25

vi

3.3.7. Instalasi Plant Aeroponik .............................................................. 26

3.4. Perancangan Perangkat Lunak ..................................................................... 27

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ....................................................................... 29

4.1. Pengujian Jadwal Penyiraman ..................................................................... 29

4.2. Pengujian Sensor EC .................................................................................... 30

4.3. Pengujian Perubahan EC .............................................................................. 33

4.4. Pengujian Sensor pH .................................................................................... 34

4.5. Pengujian Perubahan pH .............................................................................. 36

4.6 Pengujian Sensor Jarak HC-SR04 ............................................................... 38

4.7. Pengamatan Kondisi Tanaman .................................................................... 39

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................................... 41

5.1. Kesimpulan .................................................................................................. 41

5.2. Saran ............................................................................................................ 41

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................... 43

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Sistem Aeroponik ...................................................................................... 2

Gambar 2.1. Macam Teknik Hidroponik ....................................................................... 6

Gambar 2.2. Konfigurasi Pin Arduino Mega 2560 ........................................................ 9

Gambar 2.3. DS3231 AT24C32 Clock Module ........................................................... 11

Gambar 2.4. WiFi Module ESP8266 ........................................................................... 12

Gambar 2.5. Cara Kerja Sensor Ultrasonik .................................................................. 13

Gambar 2.6. Sensor Ultrasonik HC-SR04 ................................................................... 13

Gambar 2.7. Arduino Conductivity Probe ................................................................... 14

Gambar 2.8. pH Lutron PE-03 Probe .......................................................................... 15

Gambar 3.1. Gambaran Sistem yang Dirancang .......................................................... 16

Gambar 3.2. Skema Arduino Mega 2560 .................................................................... 19

Gambar 3.3. Realisasi Box Kendali ............................................................................. 19

Gambar 3.4. Rangkaian Pengkondisi Sinyal pH .......................................................... 20

Gambar 3.5. Rangkaian Penguat Non-Inverting .......................................................... 20

Gambar 3.6. Rangkaian Peng-offset Tegangan ............................................................ 21

Gambar 3.7. Realisasi Rangkaian Pengkondisi Sinyal pH .......................................... 22

Gambar 3.8. Penggunaan Arduino Conductivity Sensor A1002v1 pada Arduino ....... 23

Gambar 3.9. Diagram Waktu HC-SR04 ...................................................................... 23

Gambar 3.10. Konfigurasi Pin HC-SR04 ....................................................................... 24

Gambar 3.11. Skema RTC DS3231 ............................................................................... 25

Gambar 3.12. Skema Penggunaan Modul WiFi ESP8266 pada Arduino ...................... 25

Gambar 3.13. Realisasi Plant Aeroponik ....................................................................... 26

Gambar 3.14. Bagian Dalam Plant Aeroponik .............................................................. 26

Gambar 3.15. Diagram Alir Sistem ............................................................................... 27

Gambar 4.1. Grafik Nilai EC Terhadap Nilai Keluaran ADC Sensor EC ................... 31

Gambar 4.2. Grafik Perubahan EC .............................................................................. 33

Gambar 4.3. Larutan Buffer ......................................................................................... 34

Gambar 4.4. Grafik Nilai pH Terhadap Nilai Keluaran ADC Sensor pH ................... 35

Gambar 4.5. Grafik Perubahan pH ............................................................................... 36

Gambar 4.6. Kangkung Usia 24 Hari Setelah Tanam .................................................. 39

Gambar 4.7. Media Tanam yang Ditumbuhi Jamur dan Kangkung yang Layu .......... 40

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Perbandingan Bercocok Tanam dengan Hidroponik dan Konvensional ....... 6

Tabel 2.2. Kebutuhan EC dan pH Tanaman ................................................................... 8

Tabel 3.1. Konfigurasi Pin Arduino Mega 2560 yang Digunakan ............................... 18

Tabel 4.1. Pengujian Jadwal Penyiraman ..................................................................... 30

Tabel 4.2. Perbandingan Nilai EC Meter dengan Nilai Keluaran ADC Sensor ........... 31

Tabel 4.3. Perbandingan EC Meter dengan Sensor EC Sistem .................................... 32

Tabel 4.4. Tabel Perubahan EC .................................................................................... 33

Tabel 4.5. Perbandingan Nilai pH Meter dengan Nilai ADC Sensor ........................... 34

Tabel 4.6. Perbandingan EC Meter dengan Sensor EC Sistem .................................... 36

Tabel 4.7. Tabel Perubahan pH ..................................................................................... 36

Tabel 4.8. Perbandingan Pengukuran Jarak Sensor dengan Penggaris ......................... 38