SISTEM PENJADWALAN DAN KONTROL EC (Electrical Conductivity) PADA

POLA COCOK TANAM HIDROPONIK TEKNIK AEROPONIK

Oleh

Tria Widyatama

NIM: 612009048

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Oktober 2014

i

INTISARI

Saat ini di Indonesia khususnya diperkotaan lahan untuk bercocok tanam semakin

berkurang. Teknik pertanian modern seperti hidroponik sudah menjadi kebutuhan. Pada

hidroponik, larutan nutrisi memberikan pertumbuhan optimal apabila kondisinya sesuai

dengan kebutuhan tanaman. Kondisi larutan yang dimaksud salah satunya adalah

konsentrasi EC (Electrical Conductivity). Konsentrasi EC dalam hidroponik harus dapat

dikontrol. Tanaman juga memerlukan penjadwalan dalam mendapatkan nutrisi.

Pada skripsi ini dirancang sistem yang dapat mengontrol nilai EC (Electrical

Conductivity) dan penjadwalan penyemprotan larutan nutrisi ke akar tanaman. Dengan

sistem tersebut, tanaman mendapatkan nutrisi sesuai kebutuhan. Sistem yang dirancang

menggunakan mikrokontroler ATmega32 sebagai pengendali utama. Penjadwalan nutrisi

menggunakan acuan berdasarkan data waktu dari RTC (Real time Clock). EC meter merek

Lutron YK-22CT digunakan sebagai sensor EC. Submersibble pump digunakan untuk

mengatur banyaknya air ke dalam larutan nutrisi apabila nilai EC larutan nutrisi terlampau

tinggi dari setpoint.

Pengujian menggunakan larutan nutrisi merek Organik Super Argo. Selama proses

tanam, alat dapat menjaga nilai EC (Electrical Conductivity) dengan ralat 0,428% sampai

2%. Penjadwalan dilakukan dengan memberikan time on dan time off pompa nutrisi

sebanyak 24 kali per hari. Dengan perlakuan tersebut tanaman kangkung dapat tumbuh

sampai usia 30 hari setelah tanam dan tidak layu.

ii

ABSTRACT

Nowadays Indonesia, especially in city area, has significantly lost its potential

farming area. This fact further increases the needs of modern farm technique such as

hydroponics. Through this technique, the nutrient solution will stimulate optimal growth of

the plant when the conditions meet the plant’s needs. One of the required conditions is the

EC (Electrical Conductivity). EC concentration in the hydroponics should be controllable.

Also, the plants need to have nutrient scheduling.

In this thesis, its designed a system which is able to control EC level and

scheduling the nutrient solution spray to the root. With this system, the plants will get

suitable level of nutrition. The system is designed using microcontroller ATmega 32 as the

main controller. The nutrient scheduling is based on the database from the RTC (Real Time

Clock). EC Meter of Lutron YK-22CT is utilized as EC sensor. Submersible pump has a

role to control water volume which added into the nutrient solution when the EC level of

the solution is beyond the set point.

The testing uses nutrient solution of Organik Super Agro. During the planting

process, the device keeps EC level (Electrical Conductivity) with erratum 0.428% up to

2%. The scheduling is proceeding by giving time on and time off to the nutrient pump until

24times a day. And by doing that, the plants, in this case is vegetable leave, can grow up

until 30 days old without withered.

iii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT karena atas berkat dan

karuniaNya penulis dapat menyelesaikan perancangan dan penulisan skripsi ini. Skripsi ini

merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik di Fakultas Teknik

Elektronika Universitas Kristen Satya Wacana.

Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak yang

secara langsung maupun tidak langsung telah membantu dalam menyelesaikan skripsi ini,

terutama penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada :

1. Allah SWT yang selalu memberikan berkat dan karunianNya kepada penulis.

2. Kedua Orang tua penulis yaitu Bapak Kasmin Haryanto dan Ibu Sumyati serta

kedua kakak saya yaitu Puri Dhahlianti dan Indria Pratama yang selalu

mendo’akan, mendukung, memberi semangat dan perhatian selama kuliah dan

mengerjakan skripsi ini. Kalian adalah sumber semangat yang tidak ternilai

harganya.

3. Bapak Deddy Susilo, M.Eng. selaku pembimbing I, terima kasih atas

bimbingan dan arahannya dari awal sampai selesainya skripsi ini.

4. Bapak Gunawan Dewantoro, Msc.Eng. selaku pembimbing II, terimakasih atas

bimbingan dan arahannya dari awal sampai selesainya skripsi ini.

5. Bapak Ir. Djoko Murdono, M.S. dari Fakultas Pertanian UKSW selaku

pembimbing III, terimakasih atas bimbingan dan arahannya dari awal sampai

selesainya skripsi ini.

6. Fakultas pertanian UKSW, terimakasih karena sudah diijinkan melakukan

penelitian di lab benih.

7. Bapak Ir. Lukas B. Setyawan, M.S. Selaku wali dosen penulis.

8. Seluruh dosen, staff, karyawan, laboran dan keluarga besar FTEK UKSW,

terimakasih atas pelayanan dan bantuan yang diberikan selama ini.

9. Teman-teman terdekat saya selama kuliah Andreas, Herlambang, Martino,

Yonathan BO, Johny, Adhyaksa, Pravita, Tiara, Wikan, Yoshua, Nisa, Anel,

Yuli.

iv

10. Seluruh teman-teman angkatan 2009 yang selalu mendukung penulis baik

secara langsung maupun tidak langsung.

11. Semua pihak yang terlibat secara langsung maupun tidak langsung yang tidak

dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini. Oleh karena

itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk lebih menyempurnakan

skripsi ini.

Salatiga, Oktober 2014

Penulis

v

DAFTAR ISI

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

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

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

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

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... viii

DAFTAR TABEL ........................................................................................................... x

DAFTAR SINGKATAN ................................................................................................ xi

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

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

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

1.3. Spesifikasi Alat ........................................................................................ 2

1.4. Sistematika Penulisan ............................................................................... 3

BAB II DASAR TEORI ............................................................................................... 4

2.1. Hidroponik ............................................................................................... 4

2.1.1. Ragam Hidroponik ......................................................................... 4

2.1.1.1. Hidroponik NFT ................................................................ 4

2.1.1.2. Aeroponik .......................................................................... 5

2.1.1.3. Hidroponik rakit apung ...................................................... 5

2.1.1.4. Kombinasi NFT-Rakit apung ............................................. 5

2.1.1.5. Kombinasi Aeroponik-Rakit Apung ................................... 5

2.1.2. Perbandingan sistem penanaman hidroponik dengan tanah ............. 6

2.1.3. Peran Larutan Hara dalam Hidroponik ............................................ 7

2.1.4. Electrical Conductivity (EC) dalam hidroponik ............................... 7

2.2. Mikrokontroler ATmega32 ....................................................................... 9

2.3. RTC(Real Time Clock) ........................................................................... 10

2.4. IC ULN2803 ........................................................................................... 11

2.5. Relay ...................................................................................................... 12

vi

2.6. EC (Electrical Conductivity) Meter ......................................................... 13

2.7. LCD Karakter 20x4 ................................................................................ 15

2.8. Scanning keypad 4x4 .............................................................................. 17

BAB III PERANCANGAN ALAT .............................................................................. 18

3.1. Gambaran Sistem .................................................................................... 18

3.2. Perancangan dan realisasi perangkat keras .............................................. 20

3.2.1. Perangkat Elektronik ...................................................................... 20

3.2.1.1. Box Pengendali utama ........................................................ 20

3.2.1.1.1. Board mikrokontroler .......................................... 21

3.2.1.2. Power Supply 12v ............................................................... 26

3.2.1.3. MCB(Miniature Circuit Breaker) ....................................... 27

3.2.1.4. Penggunaan EC Meter sebagai sensor EC ........................... 27

3.2.2. Perancangan hidroponik teknik aeroponik ...................................... 29

3.2.2.1. Tandon larutan nutrisi dan tandon air ................................ 30

3.2.2.2. Pompa pengaduk larutan nutrisi ........................................ 32

3.3. Perancangan perangkat lunak .................................................................. 32

3.3.1. Diagram alir keseluruhan alat ....................................................... 33

3.3.2. Diagram alir pada state menu ........................................................ 35

BAB 1V UJI COBA DAN ANALISIS ........................................................................ 38

4.1. Pengujian driver relay dan relay ............................................................. 38

4.2. Pengujian penjadwalan ........................................................................... 39

4.3. Kalibrasi EC Meter menggunakan larutan baku KCL .............................. 41

4.3.1. Kalibrasi EC Meter menggunakan larutan baku KCL 0.01M......... 41

4.3.2. Kalibrasi EC Meter menggunakan larutan baku KCL 0.1M .......... 42

4.4. Pengujian perubahan EC ......................................................................... 42

4.4.1. Pengujian perubahan EC menggunakan larutan garam (NaCl). ..... 42

4.4.2. Pengujian perubahan EC menggunakan larutan pupuk .................. 44

4.5. Pengujian alat pada aeroponik ................................................................. 46

4.5.1. Penjadwalan yang dilakukan pada aeroponik ................................ 46

4.5.2. Pengamatan nilai EC pada larutan nutrisi aeroponik...................... 48

4.6. Pengamatan terhadap kondisi tanaman .................................................... 49

vii

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................................... 53

5.1. Kesimpulan............................................................................................. 53

5.2. Saran ..................................................................................................... 53

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................... 55

LAMPIRAN .................................................................................................................. 57

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Konfigurasi pin mikrokontroler ATmega32 ................................................... 9

Gambar 2.2 RTC DS1307. .............................................................................................. 11

Gambar 2.3. Konfigurasi IC ULN2803 ........................................................................... 12

Gambar 2.4. Bentuk dan simbol relay. ............................................................................ 13

Gambar 2.5. EC Meter dan Conductivity Probe. .............................................................. 15

Gambar 2.6. Penampil LCD karakter 20x4. ..................................................................... 15

Gambar 2.7. Scanning Keypad 4x4. ................................................................................. 17

Gambar 3.1. Blok diagram keseluruhan sistem yang dirancang. ....................................... 18

Gambar 3.2. Gambaran keseluruhan sistem yang dirancang. ............................................ 19

Gambar 3.3. Realisasi perangkat elektronik. .................................................................... 20

Gambar 3.4. Realisasi box pengendali utama ................................................................... 21

Gambar 3.5. Skema board mikrokontroler ATmega32..................................................... 22

Gambar 3.6. Realisasi board mikrokontroler ATmega32. ................................................ 22

Gambar 3.7. Rangkaian Real Time Clock (RTC) DS1307. ............................................... 23

Gambar 3.8. Rangkaian pengubah level tegangan TTL-RS232.. ...................................... 24

Gambar 3.9. Rangkaian driver relay ................................................................................ 24

Gambar 3.10. Realisasi LCD. .......................................................................................... 25

Gambar 3.11. Realisasi Keypad. ...................................................................................... 25

Gambar 3.12. Rangkaian Power supply 12V. ................................................................... 26

Gambar 3.13. Realisasi Power supply 12V. ..................................................................... 26

Gambar 3.14. Realisasi pemasangan MCB ...................................................................... 27

Gambar 3.15. Koneksi EC Meter terhadap RS232 ........................................................... 28

Gambar 3.16. Format 16 digits data. ................................................................................ 28

Gambar 3.17. EC Meter. .................................................................................................. 29

ix

Gambar 3.18. Probe Conductivity pada tandon larutan nutrisi .......................................... 29

Gambar 3.19. Kerangka Aeroponik. ................................................................................ 30

Gambar 3.20. Nozzle penyemprot larutan nutrisi. ............................................................. 30

Gambar 3.21. Anyaman sumbu kompor yang digunakan sebagai tempat tanam ............... 30

Gambar 3.22. Tandon larutan nutrisi................................................................................ 31

Gambar 3.23. Tandon air. ................................................................................................ 31

Gambar 3.24. Diagram alir keseluruhan. .......................................................................... 33

Gambar 3.25. Diagram alir pada state menu. ................................................................... 35

Gambar 4.1. Pengukuran menggunakan KCL 0,01M. ...................................................... 41

Gambar 4.2. Pengukuran menggunakan KCL 0,1M. ........................................................ 42

Gambar 4.3. Grafik perubahan EC untuk set point 2,50 mS/cm. ...................................... 43

Gambar 4.4. Grafik perubahan EC untuk Setpoint 0.700 mS/cm. .................................... 45

Gambar 4.5. Tanaman kangkung usia 1 hari setelah tanam. ............................................. 50

Gambar 4.6. Tanaman kangkung usia 7 hari yang mengalami toksisitas. ......................... 50

Gambar 4.7. Tanaman kangkung usia 15 HST. ................................................................ 51

Gambar 4.8. Tanaman kangkung usia 30 HST ................................................................. 51

Gambar 4.9. Tanaman kangkung usia 30 HST. ................................................................ 52

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Perbandingan penanaman sistem hidroponik dengan ditanah ............................. 6

Tabel 2.2. EC beberapa tanaman sayur dan buah. ............................................................. 8

Tabel 2.3. Spesifikasi dari EC Meter ............................................................................... 14

Tabel 2.4. Konfigurasi pin LCD karakter 16x2. ............................................................... 16

Tabel 3.1. Konfigurasi penggunaan pin/port mikrokontroler ATmega32.......................... 21

Tabel 3.2. Keterangan 16 digit pada EC Meter................................................................. 28

Tabel 4.1. Hasil pengujian driver relay dan relay pada PORTD.4. ................................... 38

Tabel 4.2. Hasil pengujian driver relay dan relay pada PORTD.5. ................................... 38

Tabel 4.3. Hasil pengujian driver relay dan relay pada PORTD.6. ................................... 38

Tabel 4.4. Hasil pengujian penjadwalan ........................................................................... 39

Tabel 4.5. Perubahan EC untuk set point 2,50 mS/cm ...................................................... 43

Tabel 4.6. Perubahan EC untuk set point 0,700 mS/cm. ................................................... 45

Tabel 4.7. Penjadwalan larutan nutrisi pada aeroponik ..................................................... 46

Tabel 4.8. Nilai EC pada larutan nutrisi………………………………………………………………………….48

xi

DAFTAR SINGKATAN

ADC Analog to Digital Converter

ASCII American Standard Code for Information Interchange

AVR Advance Versatile Risc

BCD Binary Coded Decimal

EC Electrical Conductivity

EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

GND Ground

HST Hari Setelah Tanam

IC Integrated Circuit

LCD Liquid Crystal Display

MCB Miniature Circuit Breaker

mS/Cm Mili Siemens per Centimeter

NC Normally Close

NFT Nutrient Film Technique

NO Normally Open

RTC Real Time Clock

SCL Serial Clock

SDA Serial Data

SNI Standar Nasional Indonesia

SRAM Static Random Access Memory

SPI Serial Peripheral Interface

USART Universal Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter