SISTEM PENYIRAMAN OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR KELEMBAPAN BERBASIS ATMEGA8535

Sistem Penyiraman Otomatis Menggunakan Sensor Kelembapan Berbasis Atmega8535

 

Adriel Fernanda Mardiansyah¹, Firmansyah Trijaya², Mahes Muhamad Firlana³, Rifqi Khoirul Lathif⁴

 

Jurusan Teknik Elektro, Prodi Teknologi Rekayasa Elektronika, Politeknik Negeri Semarang

Jl. Prof. Soedarto, Tembalang, Kec, Tembalang, Kota Semarang, Jawa Tengah, 50275

 ¹adrielmardiansyah123@gmail.com

² firmansyahtrijaya9@gmail.com

³Mahesmuhammad2@gmail.com

⁴rfqkhoirul@gmail.com

 

 

INTISARI - Sistem penyiraman otomatis berbasis ATmega8535 ini dirancang untuk kebutuhan irigasi dalam lingkup rumah tangga. Menggunakan sensor kelembapan tanah kapasitif, sistem dapat mendeteksi tingkat kelembapan tanah secara akurat dan mengontrol relay untuk mengaktifkan pompa air secara otomatis saat kelembapan tanah berada di bawah ambang batas tertentu. Sistem ini sederhana, efisien, dan membantu pengguna menjaga kelembapan tanaman rumah tanpa memerlukan pemantauan terus-menerus, sehingga mendukung gaya hidup praktis dan hemat air.

Kata Kunci:  Sistem Penyiraman Otomatis, ATmega8535, Sensor Kelembapan Kapasitif, Mikrokontroler, Relay, Otomasi Irigasi, Rumah Tangga, Efisiensi Air.

 

I.            PENDAHULUAN

A.     Latar Belakang

              Dalam kehidupan sehari-hari, menjaga kelembapan tanah bagi tanaman, terutama di lingkungan rumah tangga, sering kali menjadi tantangan. Aktivitas sehari-hari yang padat membuat banyak orang kesulitan untuk melakukan penyiraman tanaman secara rutin. Selain itu, penyiraman manual yang tidak terkontrol dapat mengakibatkan pemborosan air atau bahkan kerusakan pada tanaman akibat overwatering.

           Seiring berkembangnya teknologi, solusi berbasis otomasi seperti sistem penyiraman otomatis semakin relevan dan praktis untuk diterapkan. Sistem ini mampu mengoptimalkan penggunaan air dengan cara mendeteksi tingkat kelembapan tanah secara real-time dan mengatur proses penyiraman secara otomatis hanya ketika diperlukan.

           Penggunaan ATmega8535 sebagai pusat pengendali memungkinkan sistem ini menjadi lebih andal dan hemat biaya. Sensor kelembapan tanah kapasitif digunakan untuk membaca kondisi tanah dengan presisi tinggi, sementara relay berfungsi mengaktifkan pompa air saat dibutuhkan. Dengan rancangan sederhana dan efisien, sistem ini sangat sesuai untuk diterapkan dalam lingkup rumah tangga, membantu menjaga tanaman tetap sehat tanpa memerlukan intervensi manual yang intensif.

           Proyek ini bertujuan untuk memberikan solusi praktis bagi masyarakat dalam merawat tanaman rumah tangga sekaligus mendukung upaya konservasi air.

B.      Rumusan Masalah

1.    Bagaimana merancang sistem penyiraman otomatis berbasis ATmega8535 yang mampu mendeteksi tingkat kelembapan tanah secara akurat?

2.    Bagaimana sistem dapat mengontrol penyiraman tanaman secara efisien berdasarkan kondisi kelembapan tanah?

3.    Bagaimana memastikan sistem ini hemat energi, sederhana, dan mudah diterapkan dalam lingkup rumah tangga?

C.      Tujuan

1.      Merancang dan mengimplementasikan sistem penyiraman otomatis berbasis ATmega8535 untuk mendeteksi kelembapan tanah dan mengontrol penyiraman tanaman secara otomatis.

2.      Meningkatkan efisiensi penggunaan air dengan hanya menyiram tanaman saat diperlukan berdasarkan pembacaan sensor kelembapan.

3.      Memberikan solusi yang praktis, hemat energi, dan dapat diandalkan untuk kebutuhan irigasi dalam lingkup rumah tangga.

II.            METODOLOGI

1.      Studi Literatur

-       Mengumpulkan informasi dari berbagai sumber terkait sistem penyiraman otomatis, mikrokontroler ATmega8535, sensor kelembapan tanah kapasitif, dan relay.

-       Memahami prinsip kerja setiap komponen yang akan digunakan dalam sistem.

2.      Perancangan Sistem

-       Merancang blok diagram sistem yang mencakup sensor kelembapan, mikrokontroler, relay, dan pompa air.

-       Menentukan parameter ambang batas kelembapan tanah untuk mengaktifkan atau menonaktifkan relay.

-       Menyusun skematik rangkaian elektronik menggunakan perangkat lunak simulasi seperti Proteus.

3.      Pembuatan Perangkat Keras

-       Memilih dan merakit komponen seperti ATmega8535, sensor kelembapan kapasitif, relay modul, dan pompa air.

-       Menyusun rangkaian pada papan percobaan atau PCB.

4.      Pemrograman Mikrokontroler

-       Menulis kode program untuk ATmega8535 menggunakan bahasa asembly dengan bantuan AVR Studio.

-       Mengimplementasikan logika pembacaan data dari sensor dan kontrol relay berdasarkan tingkat kelembapan tanah.

5.      Pengujian dan Kalibrasi

-       Menguji sistem secara keseluruhan untuk memastikan semua komponen bekerja sesuai dengan desain.

-       Melakukan kalibrasi sensor kelembapan untuk memastikan pembacaan data akurat.

-       Mengatur ambang batas kelembapan yang sesuai untuk lingkungan rumah tangga.

6.      Evaluasi dan Penyempurnaan

-       Menganalisis hasil pengujian untuk memastikan sistem bekerja secara efisien.

-       Melakukan perbaikan pada desain atau kode program jika ditemukan masalah.

-       Mengevaluasi efisiensi penggunaan air dan keandalan sistem dalam jangka waktu tertentu.

7.      Dokumentasi dan Penyusunan Laporan

-       Mendokumentasikan semua proses, mulai dari desain, implementasi, hingga hasil pengujian.

-       Menyusun laporan akhir yang menjelaskan detail sistem, hasil pengujian, dan potensi pengembangan lebih lanjut.

III.            KAJIAN PUSTAKA

A.    Komponen

1.      ATmega8535

Gambar 1. Mikrokontroller ATmega8535

            ATmega8535 adalah mikrokontroler 8-bit berbasis arsitektur RISC yang memiliki memori flash 8 KB, SRAM 512 byte, dan EEPROM 512 byte. Dilengkapi dengan 32 pin I/O, ADC 10-bit dengan 8 saluran, serta kemampuan komunikasi  serial seperti USART, SPI, dan I2C, mikrokontroler ini cocok untuk berbagai aplikasi otomasi. Dalam sistem penyiraman otomatis, ATmega8535 berfungsi sebagai pusat kendali yang membaca data dari sensor kelembapan tanah kapasitif melalui  ADC dan mengontrol relay untuk mengaktifkan pompa air. Fitur hemat daya dan kemudahan integrasi menjadikan ATmega8535 pilihan ideal untuk proyek ini.

2.      Sensor Kelembapan

Gambar 2. Sensor Kelembapan

            Sensor kelembapan kapasitif digunakan untuk mendeteksi kadar air dalam tanah dengan mengukur perubahan kapasitansi yang dihasilkan oleh perubahan kelembapan. Tidak seperti sensor resistif, sensor ini tidak mengalami korosi karena tidak menggunakan elektroda langsung dalam tanah, sehingga lebih tahan lama.

            Sensor ini memberikan keluaran berupa sinyal analog yang bervariasi sesuai dengan tingkat kelembapan tanah. Sinyal ini kemudian dibaca oleh mikrokontroler melalui ADC untuk dianalisis dan digunakan sebagai dasar pengambilan keputusan dalam sistem penyiraman otomatis.

Keunggulan sensor kelembapan kapasitif meliputi:

1.      Tahan Lama: Tidak mudah rusak oleh kelembapan tanah yang tinggi.

2.      Akurasi: Memberikan pembacaan kelembapan yang stabil dan konsisten.

3.      Efisiensi Energi: Memerlukan daya yang rendah, cocok untuk aplikasi otomatisasi skala rumah tangga.

Dalam sistem ini, sensor kelembapan kapasitif menjadi komponen utama untuk mendeteksi kondisi tanah, memastikan penyiraman dilakukan hanya saat diperlukan.

3.      Relay

Gambar 3. Relay

            Relay adalah komponen elektromekanis yang digunakan untuk mengontrol sirkuit listrik dengan sinyal kontrol berdaya rendah. Dalam sistem penyiraman otomatis, relay berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan aliran listrik ke pompa air berdasarkan sinyal yang diterima dari mikrokontroler ATmega8535. Ketika kelembapan tanah terdeteksi di bawah ambang batas yang telah ditentukan, mikrokontroler mengaktifkan relay untuk menyalakan pompa air, dan sebaliknya, relay memutuskan aliran listrik ketika kelembapan tanah mencapainya ambang yang sesuai.

Keunggulan penggunaan relay dalam sistem ini:

1.      Pengendalian Beban Besar: Relay memungkinkan pengendalian perangkat dengan daya tinggi (seperti pompa air) menggunakan sinyal kontrol berdaya rendah dari mikrokontroler.

2.      Keandalan: Relay dapat bertahan lama dengan penggunaan yang tepat, sangat cocok untuk aplikasi otomasi rumah tangga.

3.      Isolasi: Relay memberikan isolasi antara mikrokontroler dan beban listrik, melindungi mikrokontroler dari lonjakan daya.

Relay ini memainkan peran penting dalam menghubungkan sistem kendali berbasis mikrokontroler dengan perangkat eksternal yang membutuhkan daya tinggi, seperti pompa air dalam sistem penyiraman otomatis.

4.      Pompa DC mini 5v

Gambar 4. Pompa DC mini 5v

            Pompa DC mini 5V adalah jenis pompa air yang menggunakan motor DC untuk menggerakkan pompa, biasanya beroperasi dengan daya rendah (5V) dan digunakan dalam aplikasi yang memerlukan aliran air kecil. Pompa ini sering digunakan dalam sistem penyiraman otomatis skala kecil, seperti pada taman rumah tangga atau kebun mini, karena ukurannya yang kompak dan efisiensinya yang baik untuk aplikasi dengan kebutuhan daya rendah.

Keunggulan Pompa DC Mini 5V:

1.      Daya Rendah: Pompa ini beroperasi pada tegangan 5V, yang membuatnya cocok untuk penggunaan dengan mikrokontroler berbasis 5V, seperti ATmega8535, tanpa memerlukan sumber daya tambahan yang besar.

2.      Ukuran Kompak: Ukurannya yang kecil memungkinkan pemasangan mudah pada sistem penyiraman otomatis dalam ruang terbatas atau aplikasi rumah tangga.

3.      Kemudahan Pengoperasian: Pompa ini dapat diaktifkan langsung dengan relay yang dikendalikan oleh mikrokontroler, menjadikannya solusi yang sederhana dan efisien untuk mengalirkan air pada tanaman saat kelembapan tanah rendah.

4.      Keandalan dan Durabilitas: Pompa ini cukup tahan lama dan dapat digunakan dalam waktu yang lama jika dirawat dengan baik.

Aplikasi dalam Sistem Penyiraman Otomatis:
Pompa DC mini 5V digunakan dalam sistem penyiraman otomatis untuk mentransfer air ke tanah atau tanaman. Ketika sensor kelembapan mendeteksi tanah kering, mikrokontroler mengaktifkan relay yang menyalakan pompa, yang kemudian menyuplai air ke tanaman. Pompa ini sangat cocok untuk sistem irigasi otomatis berbasis rumah tangga karena ukurannya yang kecil, efisien, dan hemat energi.

IV.             HASIL DAN PEMBAHASAN

A.    Prinsip Kerja

1.      Pembacaan Kelembapan Tanah:
Sensor kelembapan kapasitif terpasang di tanah dan mengukur tingkat kelembapan tanah berdasarkan perubahan kapasitansi. Semakin tinggi kelembapan tanah, semakin besar kapasitansi yang terukur, dan sebaliknya. Sensor ini menghasilkan sinyal analog yang berhubungan dengan tingkat kelembapan tanah.

2.      Pemrosesan Data oleh Mikrokontroler:
Mikrokontroler ATmega8535 membaca sinyal analog dari sensor kelembapan tanah melalui pin ADC (Analog-to-Digital Converter). ADC mengubah sinyal analog menjadi data digital yang dapat diproses oleh mikrokontroler. Mikrokontroler kemudian membandingkan nilai kelembapan tanah dengan nilai ambang batas yang telah diprogram sebelumnya.

3.      Kontrol Relay:
Jika kelembapan tanah terdeteksi lebih rendah dari ambang batas (misalnya, tanah terlalu kering), mikrokontroler mengaktifkan relay yang terhubung dengan pompa air. Relay ini bertindak sebagai saklar untuk menghubungkan daya 5V ke pompa air, menyalakannya dan memulai proses penyiraman.

4.      Pengoperasian Pompa DC Mini 5V:
Setelah relay mengalirkan daya ke pompa, motor DC dalam pompa mulai berputar. Impeller di dalam pompa menggerakkan air dari sumber air dan menyalurkannya ke tanah atau tanaman. Pompa terus beroperasi sampai kelembapan tanah kembali normal (lebih tinggi dari ambang batas), yang mengarah pada pemutusan daya pompa.

5.      Siklus Penyiraman Otomatis:
Sistem ini secara otomatis mendeteksi kondisi tanah dan mengaktifkan pompa hanya saat diperlukan. Mikrokontroler secara terus-menerus memantau tingkat kelembapan tanah dan mengontrol penyiraman sesuai dengan kebutuhan tanaman.

B.      Diagram Blok

 

C.      Flowchart

D.     Rangkaian Skematik

Gambar 4. Skematik rangkaian

E.      Program

; Program kontrol pompa dengan sensor kelembapan tanah

; ATmega8535 - AVR Studio

 

.include "m8535def.inc"       ; Include header untuk ATmega8535

.def nilai = r16           ; Register untuk menyimpan nilai suhu dari sensor

.def delay_count = r17        ; Register untuk delay loop

.equ SOIL_PIN = PINA          ; Port input untuk sensor Soil Mois

.equ SOIL_BIT = PA0           ; Pin sensor Soil Mois

.equ RELAY_PIN = PB0            ; Pin output untuk relay

.cseg

.org 0x00                     ; Reset Vector

rjmp MAIN                     ; Lompat ke program utama

MAIN:

    ; Inisialisasi I/O

    ldi r16, 0b00000000       ; Set PORTA sebagai input (default)

    out DDRA, r16

    ldi r16, 0b00000001       ; Set PB0 sebagai output

    out DDRB, r16

    ; Loop utama

LOOP:

    ; Baca nilai dari sensor

    in nilai, SOIL_PIN     ; Baca PORTA

    sbrc nilai, SOIL_BIT   ; Cek bit sensor (logika tinggi?)

    rjmp NYALA_RELAY       ; Jika kering,nyalakan pompa

    rjmp MATI_RELAY        ; Jika lembap,matikan pompa

NYALA_RELAY:

    ; Nyalakan pompa

    sbi PORTB, RELAY_PIN        ; Set PB0 (nyalakan pompa)

    rjmp DELAY                ; Masuk ke delay sebelum cek ulang

MATI_RELAY:

    ; Matikan pompa

        cbi PORTB, RELAY_PIN

    rjmp DELAY                ; Masuk ke delay sebelum cek ulang

DELAY:

    ; Delay sederhana untuk debounce dan stabilitas

    ldi delay_count, 0xFF     ; Set nilai awal untuk delay

DELAY_LOOP:

    dec delay_count           ; Kurangi delay counter

    brne DELAY_LOOP           ; Ulangi sampai counter habis

    rjmp LOOP                 ; Kembali ke loop utama

V.            Kesimpulan

                 Sistem penyiraman otomatis berbasis mikrokontroler ATmega8535 dengan sensor kelembapan tanah kapasitif telah berhasil dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan irigasi tanaman secara efektif dalam lingkungan rumah tangga. Sistem ini mampu memantau kelembapan tanah secara real-time dan mengontrol pompa air secara otomatis melalui relay. Dengan mekanisme ini, penyiraman hanya terjadi saat kelembapan tanah berada di bawah batas yang telah ditentukan, sehingga mengurangi pemborosan air dan meminimalkan kebutuhan pengoperasian secara manual.

 

                 Proyek ini membuktikan bahwa teknologi berbasis mikrokontroler dapat menjadi solusi praktis untuk pengelolaan irigasi dalam skala kecil, sekaligus meningkatkan efisiensi waktu dan tenaga. Dengan pengembangan lebih lanjut, sistem ini memiliki potensi untuk dilengkapi fitur tambahan seperti konektivitas IoT, yang memungkinkan pemantauan dan pengendalian jarak jauh, sehingga memberikan manfaat yang lebih besar bagi pengguna.

VI.            Link PPT

https://www.canva.com/design/DAGYftcD-tQ/_QwAVtozpSGFycap-Noqxw/edit?utm_content=DAGYftcD-tQ&utm_campaign=designshare&utm_medium=link2&utm_source=sharebutton

VII.            Referensi  

Kristina & Melani. (2018). Alat Pengatur Kelembapan Tanah Secara Otomatis Berbasis Mikrokontroler ATmega8535

https://repositori.usu.ac.id/handle/123456789/8638

VIII.            Link Youtube

https://youtu.be/6srmb_1lfjo