MINIATUR SISTEM PENYIRAMAN TANAMAN OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR SUHU DAN KELEMBABAN MENGGUNAKAN ATmega328P

 

MINIATUR SISTEM PENYIRAMAN

TANAMAN OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR SUHU

DAN KELEMBABAN

Jurusan Teknik Elektro, Prodi Teknologi Rekayasa Elektronika, Politeknik Negeri Semarang
Jl. Prof. Soedarto, Tembalang, Kec. Tembalang, Kota Semarang, Jawa Tengah, 50275
¹sofyan354lubis@gmail.com, ²hanifnashif@gmail.com, ³rozaqkharis3@gmail.com,  ⁴triilham240@gmail.com

Abstrak

Saat ini air menjadi sangat berharga karena kelangkaan dalam memperoleh air bersih untuk keperluan rumah tangga termasuk irigasi. Untuk mengoptimalkan penggunaan air, mekanisme untuk mengembangkan konservasi air merupakan kebutuhan saat ini. Selain itu, otomatisasi dalam sistem pertanian merupakan suatu keharusan untuk mengoptimalkan penggunaan air, mengurangi pemborosan air, dan menerapkan teknologi modern dalam sistem pertanian. Sensor kelembapan tanah merupakan perangkat baru yang mendeteksi kadar air dalam tanah, dan dengan mekanisme yang sesuai memungkinkan air untuk diairi tergantung pada kadar air tanah. Hal ini memungkinkan aliran air atau penghentian air ke tanaman dengan menggunakan sistem irigasi otomatis. Perangkat tersebut terdiri dari papan Arduino, yang merupakan mikrokontroler yang mengaktifkan pompa air dan memasok air ke tanaman melalui Rotating Platform Sprinkler. Pompa motor submersible digunakan untuk tujuan pemompaan air ini. Sistem ini menggunakan konsumsi daya rendah dan memompa air hingga 100 liter/jam. Penyetelan yang diperlukan untuk pemompaan dan penyediaan air diatur tergantung pada konsumsi air.  Ini melibatkan catu daya 2,5 V hingga 6 V. Sensor kelembaban tanah dimasukkan ke dalam tanah yang berisi probe untuk mengukur kadar air tanah.

Kata kunci: Sensor Kelembaban, Sensor Suhu, Arduino, Mikrokontroler

I.  PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Penyiraman tanaman merupakan kegiatan esensial dalam pemeliharaan tanaman yang berperan penting untuk memastikan pertumbuhan dan perkembangan optimal. Air adalah komponen vital yang diperlukan oleh tanaman untuk melakukan fotosintesis, transpirasi, dan sebagai medium transportasi mineral dari tanah ke bagian tanaman lainnya.

Proses penyiraman tidak terlepas dari bantuan manusia untuk penyiramannya. Akan tetapi penyiraman yang dilakukan setiap waktu dengan waktu yang telah ditentukan menimbulkan berbagai kendala antara lain terdapat tanaman yang terlewatkan untuk disiram, kelelahan, sakit, dan berbagai kendala lainnya yang di mana kendala tersebut dialami oleh manusia karena manusialah yang berperan penting dalam proses penyiraman tanaman (Hansen et al., 2018, p. 64). Kendala tersebut dapat mengakibatkan tanah terlalu kering, sehingga tanaman sulit berkembang dan akan mati jika tidak diatasi segera. selain itu juga jika penyiraman tidak pas atau terlalu banyak air akan mengakibatkan akar tanaman busuk dan tanaman akan mati. Proses penyiraman yang tidak sesuai (kurang/berlebihan) juga akan mengakibatkan ketidakstabilan pH tanah, sehingga dapat mengganggu proses pertumbuhan tanaman.

Pemanfaatan sensor kelembaban tanah dan suhu dalam sistem penyiraman otomatis merupakan inovasi penting dalam pertanian modern. Dengan meningkatnya kebutuhan akan efisiensi dalam penggunaan air dan pengelolaan sumber daya alam, teknologi sensor memberikan solusi yang efektif untuk meningkatkan produktivitas pertanian. Kualitas tanah yang baik sangat bergantung pada dua parameter utama: kelembaban dan suhu. Kelembaban tanah yang optimal berkisar antara 20% hingga 60% untuk banyak jenis tanaman, sedangkan suhu tanah yang ideal berkisar antara 20ºC hingga 35ºC. Sensor kelembaban tanah mampu memberikan data real-time mengenai kondisi kelembaban, sehingga petani dapat menentukan waktu dan frekuensi penyiraman yang tepat, menghindari kelebihan atau kekurangan air yang dapat merusak tanaman.

B. RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan uraian di atas, terdapat beberapa perumusan masalah yang harus

diperhatikan, yaitu:

1. Bagaimana cara kerja sensor kelembaban tanah dan sensor suhu

2. Bagaimana cara menguntegrasiakn sensor kelebaban tanah,  sensor suhu, arduino  uno

Untuk menghasilkan sistem penyiraman otomatis

C. BATASAN MASALAH

Dalam pembuatan projek ini terdapat Batasan masalah terhadap sistem ini, yaitu:

1. Sistem hanya dapat menampilkan kelembaban tanah dan suhu tanah

2. Sistem dirancang untuk skala pemakaian yang kecil

D. TUJUAN

Tujuan dari pembuatan projek ini yaitu:

1. Merancang alat penyiram tanaman otomatis menggunakan Arduino Uno.

2. Mendapatkan kualitas hasil tanaman yang lebih baik dengan memanfaatkan alat penyiram

    tanaman otomatis

3. Meningkatkan efisiensi penggunaan air

II. METODOLOGI

Tahap pertama dimulai dengan perancangan sistem yang meliputi pemilihan sensor kelembaban tanah dan sensor suhu, serta penggunaan mikrokontroler Arduino untuk mengendalikan sistem. Tahap kedua perancangan hardware pada tahap ini penulis dapat menentukan komponen apa saja yang akan digunakan dalam pembuatan alat, dengan membaca jurnal ilmiah, buku dan artikel di internet yang menunjang teknologi yang digunakan, cara kerja perangkat yang digunakan, sehinga pada tahap perancangan hardware dapat ditentukan peralatan yang digunakan. Penentuan alat dan bahan yang tepat dan efisien perlu diperhatikan agar nantinya alat bekerja dengan semestinya tanpa gangguan dan kendala. Kemudian dilanjutkan perancangan Software menyusun script yang akan dilakukan pada masing-masing komponen yang telah diprogram pada Software arduino IDE dan R3. Lalu dilakukan kalibrasi sensor untuk memastikan akurasi. Langkah berikutnya adalah mengintegrasikan semua komponen elektronik dan memprogram mikrokontroler agar dapat membaca data dari sensor serta menentukan waktu penyiraman berdasarkan nilai kelembaban dan suhu yang terukur. Sistem kemudian diinstal dan diuji coba. Lalu pengujian sistem alat hasil perancangan, jika pengujian tidak sesuai dengan parameter, maka akan dilakukan perancangan hardware kembali hingga pengujian tersebut berhasil. Apabila pengujian tersebut telah berhasil maka akan langsung melakukan pengambilan data untuk dianalisis dan dapat mengambil kesimpulan dari pengujian sistem.

III. KAJIAN PUSTAKA

Pembahasan dalam bagian ini meliputi perancangan dan komponen apa saja yang digunakan dalam projek ini.

A. Sensor Kelembaban Tanah

Sensor kelembaban tanah, atau Soil Moisture Sensor, adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur kadar air dalam tanah. Perlu dikalibrasi berkala agar ke-akuratannya

terjamin.

Kalibrasi sensor kelembaban tanah adalah proses penting untuk memastikan bahwa sensor memberikan hasil pengukuran yang akurat dan konsisten. Proses ini melibatkan penyesuaian pembacaan sensor agar sesuai dengan nilai acuan yang lebih tepat, yang biasanya diperoleh dari metode pengukuran yang lebih akurat.

Gambar 1. sensor kelembaban tanah

B. Sensor Suhu

Sensor suhu adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi dan mengukur variasi suhu di lingkungan tertentu, mengubah informasi suhu tersebut menjadi sinyal listrik yang dapat diolah oleh perangkat elektronikSensor suhu memiliki fungsi utama untuk mendeteksi variasi suhu di lingkungan sekitarnya atau objek. Informasi yang didapat dari sensor suhu kemudian diubah menjadi data yang dapat digunakan untuk membuat keputusan.

Sensor suhu DS18B20 adalah sensor digital yang dirancang untuk mengukur suhu dengan akurasi tinggi. Sensor ini dapat beroperasi dalam rentang suhu -55 °C hingga +125 °C dan memiliki resolusi hingga 12 bit, yang memungkinkan pengukuran suhu dengan presisi 0,0625 °C. DS18B20 menggunakan protokol komunikasi satu kabel (1-Wire), yang memungkinkan beberapa sensor terhubung ke satu pin digital pada mikrokontroler, seperti Arduino. 

 

Gambar 2. Sensor suhu

C. ATmega328P

ATmega328P adalah mikrokontroler 8-bit dari keluarga AVR yang dirancang oleh Atmel (sekarang bagian dari Microchip Technology), dan terkenal karena penggunaannya yang luas dalam berbagai proyek elektronik, terutama dalam platform Arduino. Dengan spesifikasi seperti kecepatan maksimum 20 MHz, memori flash 32 KB, SRAM 2 KB, dan EEPROM 1 KB, ATmega328P menawarkan kinerja yang efisien untuk berbagai aplikasi, mulai dari proyek DIY hingga sistem otomasi dan robotika. Mikrokontroler ini mendukung berbagai antarmuka komunikasi seperti USART, SPI, dan I2C, serta memiliki beberapa mode penghematan daya,

            

 

Gambar 3. ATmega328P

D. LCD I2C

LCD I2C (Liquid Crystal Display) adalah modul tampilan yang memudahkan penggunaan layar LCD dengan mengurangi jumlah kabel yang diperlukan untuk koneksi. Modul ini biasanya digunakan dengan Arduino dan memungkinkan pengguna untuk menampilkan informasi secara efisien.

Koneksi hanya memerlukan empat pin: GND (ground), VCC (daya 5V), SDA (data), dan SCL (clock). Untuk menggunakan LCD I2C, Anda perlu menginstal pustaka LiquidCrystal_I2C di Arduino IDE dan mengatur alamat I2C yang sesuai, yang sering kali adalah 0x27 atau 0x3F, tergantung pada pabrikan. Setelah terhubung, Anda dapat menggunakan fungsi dasar seperti lcd.begin(), lcd.setCursor(), dan lcd.print() untuk menampilkan teks di layar. Selain itu, LCD I2C dilengkapi dengan potensiometer untuk mengatur kontras tampilan, menjadikannya pilihan yang sangat praktis dalam proyek elektronik.

Gambar 4. LCD I2C

E. Pompa Air

Pompa air mini 5V adalah perangkat kecil yang dirancang untuk memindahkan air dengan efisiensi tinggi, ideal untuk berbagai aplikasi seperti akuarium, proyek robotika, dan sistem irigasi kecil. Pompa ini biasanya beroperasi pada tegangan DC antara 3V hingga 5V, dengan aliran maksimum sekitar 80 hingga 120 liter per jam dan kemampuan mengangkat air hingga ketinggian 110 cm. Salah satu contoh adalah pompa submersible yang memiliki desain brushless, menjadikannya lebih tenang saat beroperasi dan cocok untuk digunakan di bawah air. Dengan bobot ringan sekitar 40 gram, pompa ini mudah diintegrasikan ke dalam proyek berbasis Arduino dan sistem lainnya yang membutuhkan pemindahan air secara otomatis atau terkontrol.

Gambar 5. Mini Pump

F. Diagram Blok

Gambar  6. Diagram blok

G. Diagram Alir

Gambar 7. Diagram alir

H. Diagram Pengawatan

Gambar 8. Diagram pengawatan

I. Program

.include "m328Pdef.inc" ; Memuat definisi perangkat untuk ATmega328P

 

; Mendefinisikan konstanta

.equ LIMIT = 450

.equ WET_VALUE = 200

.equ DRY_VALUE = 490

.equ PUMP_PIN = 4

.equ SENSOR_PIN = 0 ; Mengasumsikan A0 sesuai dengan saluran ADC 0

 

; Inisialisasi pointer stack

.org 0x00

rjmp main

 

; Program utama

main:

    ; Inisialisasi port I/O

    ldi r16, (1<<PUMP_PIN) ; Atur pin pompa sebagai output (PORTB)

    out DDRB, r16          ; Atur register arah PORTB

 

    ; Inisialisasi ADC (Analog to Digital Converter)

    ldi r16, (1<<ADEN)     ; Aktifkan ADC

    out ADCSRA, r16

 

    ; Inisialisasi LCD (kode pseudo)

    call lcd_init          ; Panggil fungsi inisialisasi LCD

    call display_welcome   ; Tampilkan pesan selamat datang

 

loop:

    ; Membaca nilai sensor kelembaban tanah

    call read_sensor       ; Baca nilai sensor ke dalam r0

    mov r18, r0            ; Simpan nilai kelembaban tanah ke dalam r18

 

    ; Membaca suhu (kode pseudo)

    call read_temperature  ; Baca suhu ke dalam r0

    mov r19, r0            ; Simpan suhu ke dalam r19

 

    ; Menampilkan data di LCD (kode pseudo)

    call display_data

 

    ; Mengontrol pompa berdasarkan kondisi

    call control_pump

 

    ; Tunggu beberapa saat (kode pseudo)

    call delay_500ms

 

    rjmp loop              ; Ulangi loop

 

; Fungsi untuk membaca nilai sensor dari ADC

read_sensor:

    ldi r16, SENSOR_PIN     ; Pilih saluran ADC untuk sensor kelembaban tanah

    out ADMUX, r16          ; Pilih saluran ADC

    ldi r16, (1<<ADSC)      ; Mulai konversi

    out ADCSRA, r16

 

wait_adc:

    in r16, ADCSRA          ; Baca register status ADC

    sbrs r16, ADIF          ; Lewati jika bendera interrupt ADC belum diatur

    rjmp wait_adc           ; Tunggu sampai konversi selesai

 

    in r0, ADC              ; Baca nilai ADC ke dalam r0

    ret                     ; Kembali dari fungsi

 

; Fungsi untuk mengontrol pompa berdasarkan kelembaban tanah dan suhu

control_pump:

    cpi r18, LIMIT          ; Bandingkan kelembaban tanah dengan LIMIT

    brge activate_pump      ; Jika lebih besar atau sama, nyalakan pompa

 

    cpi r19, 37             ; Bandingkan suhu dengan ambang batas

    brge activate_pump      ; Jika lebih besar atau sama, nyalakan pompa

 

deactivate_pump:

    cbi PORTB, PUMP_PIN     ; Matikan pompa (atur pin menjadi rendah)

    ret                     ; Kembali dari fungsi

 

activate_pump:

    sbi PORTB, PUMP_PIN     ; Nyalakan pompa (atur pin menjadi tinggi)

    ret                     ; Kembali dari fungsi

 

; Fungsi untuk membaca suhu (kode pseudo)

read_temperature:

    ; Implementasi logika pembacaan suhu...

    ret                     ; Kembali dari fungsi

 

; Fungsi untuk menampilkan pesan selamat datang di LCD (kode pseudo)

display_welcome:

    ; Implementasi logika tampilan LCD...

    ret                     ; Kembali dari fungsi

 

; Fungsi untuk menampilkan data di LCD (kode pseudo)

display_data:

    ; Implementasi logika tampilan LCD...

    ret                     ; Kembali dari fungsi

 

; Fungsi untuk delay sekitar 500ms (kode pseudo)

delay_500ms:

    ldi r20, 100            ; Muat nilai delay (sesuaikan jika perlu)

delay_loop:

    dec r20                 ; Kurangi penghitung

    brne delay_loop         ; Ulangi sampai penghitung mencapai nol

    ret                     ; Kembali dari fungsi 

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Gambar Alat

Gambar 9. Gambar alat

B. Cara kerja

Sistem project ini bekerja  menggunakan sensor kelembaban dan sensor suhu yang memebaca kondisi temperatur disekitar akar tanaman, untuk sensor kelembaban bekerja ketika mendeteksi kadar air pada tanah <12%, sedangkan sensor suhu bekerja pada saat membaca kondisi temperatur disekitar akar tanaman >37ºC. Setelah data diterima dari kedua sensor tersebut dikirim ke Arduino, dan setelah itu Arduino akan memproses pada informasi data tersebut apakah informasi itu menentukan tanaman untuk disiram. Jika kedua sensor mendeteksi pada rendahnya kadar air atau suhu tanah terlalu tinggi, maka mikrokontroller secara otomatis akan menghidupkan pompa air. Pompa tersebut menyuplai air untuk disriamkan ke tananam melalui sintem penyemprotan yang dirancang untuk mendistribusikan air secara merata. Project ini juga dilengkapi menggunakan layar LCD untuk menampilkan nilai-nilai dari data yang terdeteksi dari sensor kelembaban, suhu tanah dan status pompa, memungkinkan pengguna memantau peforma system dari layar LCD secara real time. Dengan proses ini, manusia mudan menggunakan system penyiraman tanaman secara efesien tanpa memerlukan investasinya, mengoptimalakan penggunaan air dan menjaga Kesehatan tanaman.

C. Hasil

Gambar 10. Tampilan saat pompa hidup

Gambar 11. Tampilan saat pompa mati

Gambar 12. Gambar tampilan awal

Dari project yang kita buat, didapatkan sebuah system monitoring LCD berbasis Arduino R3 Dimana kita bisa memantau nilai-nilai data yang didapatkan dari sensor kelembaban, suhu dan status pompa, sehingga pengguna sistem ini dapat mengambil tindakan preventif sebelum hal fatal atau error terjadi project penyiraman otomatis.

V. KESIMPULAN

Telah dirancang sebuah project untuk memonitoring tingkat kelembaban dan suhu pada media tanam dengan menggunakan arduino uno yang dihubungkan dengan komunikasi serial.

Dalam monitoring ini menggunakan sensor suhu dan kelembaban yang akan ditampilkan

pada LCD dan output mini water pump. Dari hasil percobaan alat tersebut bermanfaat agar tanaman didalam media tanam tetap sehat dan dapat berkembang dengan baik.

VI. REFERENSI

RAHMANTO, Yuri; BURLIAN, Anang; SAMSUGI, Slamet. Sistem Kendali Otomatis Pada Akuaponik Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno R3. Jurnal Teknologi Dan Sistem Tertanam, 2021, 2.1: 1-6.

MR, Kiran Gowd, et al. "Automatic irrigation system using soil moisture sensor." Sridhar, Automatic Irrigation System Using Soil Moisture Sensor (August 8, 2020). Institute of Scholars (InSc) (2020).

Yu, L., Gao, W., R Shamshiri, R., Tao, S., Ren, Y., Zhang, Y., & Su, G. (2021). Review of research progress on soil moisture sensor technology.

Suryana, Taryana. "Capacitive Soil Moisture Sensor Untuk Mengukur Kelembaban Tanah." (2021).

 

 VI. VIDEO PROJEK

 

VII. PROFIL PENULIS

 

Penulis atas nama Ahmad Sofyan Lubis dilahirkan di Rembang, 30 Mei 2004. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri Sawah Besar 01, SMP PGRI 01 Semarang, dan SMKN 1 Semarang. Tahun 2023 penulis menyelesaikan pendidikannya di SMK. Pada tahun 2023 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru Sarjana Terapan (D4) dan diterima menjadi mahasiswa baru Sarjana Terapan (D4) dikampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D4 Teknologi Rekayasa Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 4.34.23.0.02. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa via email:  sofyan354lubis@gmail.com 

Penulis atas nama hanif Nashif Marsha dilahirkan di Semarang, 17 Maret 2005. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri Tinjomoyo 01, SMPN 11 Semarang, dan SMK ICB Semarang. Tahun 2023 penulis menyelesaikan pendidikannya di SMK. Pada tahun 2023 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru Sarjana Terapan (D4) dan diterima menjadi mahasiswa baru Sarjana Terapan (D4) dikampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D4 Teknologi Rekayasa Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 4.34.23.0.11. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa via email:  hanifnashif@gmail.com

Penulis atas nama Muhammad Rozaq Kharis Prabowo dilahirkan di Pati, 5 Mei 2005. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri Dadirejo 02, SMP N 4 Pati, dan SMK Tunas Harapan Pati. Tahun 2023 penulis telah menyelesaikan pendidikannya di SMK. Pada tahun 2023 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru Sarjana Terapan(D4) dan diterima menjadi mahasiswa baru Sarjana Terapan(D4) di kampus Politeknik Negeri Semarang(Polines) dengan program studi D4 Teknologi Rekayasa Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 4.34.23.0.14 Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa via email: rozaqkharis3@gmail.com 

 

Penulis atas nama Tri Ilham dilahirkan di Brebes , 24 Agustus 2005 . Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri Rancawuluh 01,Mts Assalafiyah Luwungragi, dan MAS Al-hikmah2. Tahun 2023 penulis menyelesaikan pendidikannya di MAS. Pada tahun 2023 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru Sarjana Terapan (D4) dan diterima menjadi mahasiswa baru Sarjana Terapan (D4) dikampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D4- Teknologi Rekayasa Elektronika, jurusan Teknik Elektro . Penulis terdaftar dengan NIM 4.34.23.0.24.Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa via email: triilham240@gmail.com  

          VII. PRESENTASI

https://www.canva.com/design/DAGZWKiDfxA/XjnU4ITgTKuYmqRhvKWc3Q/edit?utm_content=DAGZWKiDfxA&utm_campaign=designshare&utm_medium=link2&utm_source=sharebutton