PENGUKURAN KELEMBABAN TANAH MENGGUNAKAN SENSOR KELEMBABAN SEN0057 PADA JENIS TANAH JENUH, NORMAL, DAN KERING MEASUREMENT OF SOIL MOISTURE USING HUMIDITY SENSOR SEN0057 FOR THE TYPE OF SATURATED, NORMAL, AND DRY SOIL Deni Dwi Yudhistira1, Moh D Ramadhan2, Nico Augusta3, Sherly Agustini4 Jumat – Kelompok 4 1, 2, 3, 4)
Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor, Jl. Raya Darmaga Kampus IPB Email:
[email protected]
Abstrak: Tanah memiliki peranan penting bagi keberlangsungan kehidupan mahkluk hidup khususnya pada tanaman. Salah satu sifat fisik yang mempengaruhi proses biologi tanaman seperti perkecambahan biji, pertumbuhan benih, perkembangan akar, maupun aktivitas mikrobia di dalam tanah yaitu kelembaban tanah. Kelembaban tanah merupakan salah satu variabel kunci dalam proses hidrologi yang berperan penting dalam menentukan ketersediaan air sebagai unsur yang sangat fundamental dalam kehidupan mahluk hidup. Kelembaban tanah adalah air yang di tahan pada ruang atau pori di antara partikel tanah. Tingkat suhu dan kelembaban tanah sangat bervariasi sejalan dengan perubahan proses pertukaran energi matahari terutama yang melalui permukaan tanah. Penelitian pengukuran kelembaban tanah dilakukan secara langsung dan menggunakan metode interpolasi. Pengukuran kelembaban tanah dalam penelitian ini menggunakan sensor SEN0057. Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk mengenal berbagai macam tipe sensor kelembaban, mengetahui spesifikasi sensor kelembaban (SEN0057 dan VN400), dan melakukan pengukuran kelembaban tanah dengan menggunakan sensor kelembaban SEN0057. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tanah jenuh memiliki nilai sensor sebesar 305 dengan asumsi kelembaban 100% sedangkan tanah kering memiliki nilai sensor dan kelembaban yang masing-masing bernilai 0 (nol). Kondisi tanah normal memiliki nilai sensor sekitar 39 dengan kelembaban tanah sekitar 12.7%. Besarnya nilai sensor memiliki hubungan yang berbanding lurus dengan kelembapan tanah, semakin tinggi kelembaban tanah maka semakin tinggi juga nilai sensor yang dihasilkan. Kata kunci: Kelembaban tanah, SEN0057, VN400 Abstract: Soil has an important role for the sustainability of the lives of living creatures, especially in plants. One of the physical traits that affect plan of biological processes such as seed germination, growth of the seed, root development, and microbial activity in the soil is soil moisture. Soil moisture is a key variable in the hydrologic processes that play an important role in determining the availability of water as a fundamental element in the life of living creatures. Soil moisture is retained in the water or pore spaces between soil particles. Soil temperature and humidity levels vary considerably in line with changes in the exchange process, especially solar energy through the surface of the soil. Research conducted soil moisture measurements directly and using the interpolation method. Soil moisture measurement in this research using sensors SEN0057. The research was conducted aiming to recognize various types of humidity sensor, humidity sensor to know the specification (SEN0057 and VN400), and take measurements of soil moisture using moisture sensors SEN0057. The results showed that the saturated soil has a value of 305 sensors assuming 100% humidity, while dry land values and humidity sensors, each of which is 0 (zero). Normal soil conditions have a sensor value of 39 and soil moisture of 12.7%. The value of the sensor has a linier relationship with soil moisture, the higher the humidity of the soil caused the higher the value of the resulting sensor. Keywords: SEN0057, soil moisture, VN400
1
PENDAHULUAN Tanah merupakan lapisan permukaan bumi yang terdiri dari bahan mineral hasil pelapukan bebatuan dan bahan organik dari sisa-sisa tanaman maupun hewan. Tanah memiliki peranan penting bagi keberlangsungan kehidupan mahkluk hidup khususnya pada tanaman. Kurangnya kadar kejenuhan pada tanah dapat mengakibatkan pertumbuhan tanaman menjadi terhambat. Salah satu sifat fisik yang mempengaruhi proses biologi tanaman seperti perkecambahan biji, pertumbuhan benih, perkembangan akar, maupun aktivitas mikrobia di dalam tanah yaitu kelembaban tanah. Kelembaban tanah merupakan salah satu variabel kunci dalam proses hidrologi yang berperan penting dalam menentukan ketersediaan air sebagai unsur yang sangat fundamental dalam kehidupan mahluk hidup. Kelembaban tanah adalah air yang ditahan pada ruang atau pori di antara partikel tanah. Tingkat suhu dan kelembaban tanah sangat bervariasi sejalan dengan perubahan proses pertukaran energi matahari terutama yang melalui permukaan tanah. Fenomena ini berlaku di dalam penampang tanah melalui serangkaian proses yang kompleks (Kurnia et al. 2006). . Kelembaban tanah pada alam terbuka beragam sesuai dengan perubahan cuaca yang terus-menerus terjadi sehingga dapat mempengaruhi bidang pertemuan tanah dengan atmosfer. Parameter tanah yang mempengaruhi kelembapan tanah dan suhu tanah antara lain kapasitas panas spesifik, penghantar panas, difusivitas panas, serta sumber dan keluaran panas internal pada waktu tertentu (Kurnia et al. 2006). Kelembaban tanah sangat penting untuk di ketahui sebagai dasar untuk perhitungan akurat dari jumlah air yang dibutuhkan pada proses irigasi dan penyiraman tanaman. Berdasarkan latar belakang di atas, penelitian ini bertujuan untuk mengenal berbagai macam tipe sensor kelembaban, mengetahui spesifikasi sensor kelembaban (SEN0057 dan VN400), dan melakukan pengukuran kelembaban tanah dengan menggunakan sensor SEN0057.
METODE PENELITIAN Penelitian pengenalan sensor kelembaban dilakukan di Lab. Komputer Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan IPB. Peralatan yang digunakan yaitu sensor kelembaban (SEN0057 dan VN400), mikrokontroler (Arduino UNO), laptop, kabel USB, dan kabel jumper. Bahan yang digunakan yaitu tanah dengan kondisi jenuh, normal, dan kering. Penelitian di awali dengan dihubungkannya Arduino UNO dengan laptop. USB connection dihubungkan ke dalam port USB laptop dengan tujuan untuk menghubungkan serial dengan laptop dan memberikan daya pada Arduino UNO. Sensor kelembaban SEN0057 dipasangkan pada Arduino UNO menggunakan kabel jumper kemudian dihubungkan sesuai dengan wiring yang tersedia. Wiring GND dicirikan dengan kabel berwana hitam yang dihubungkan pada pin Ground mikrokontroler. Wiring power (V) dicirikan dengan kabel berwana merah yang dihubungkan pada pin 3.3V atau 5V mikrokontroler. Wiring analog output (S) dicirikan dengan kabel berwana biru yang dihubungkan pada pin A0-A5 mikrokontroler. Selanjutnya, dilakukan pemrograman dengan software Arduino Alpha berdasarkan kode pemrograman yang terdapat dalam Gambar 1.
2
int sensorPin=A0; void setup(){ Serial.begin(9600); } void loop(){ Serial.print("Nilai Kelembaban Tanah:"); Serial.println(analogRead(sensorPin)); delay(1000); } Gambar 1 Kode pemrograman untuk sensor kelembaban SN0057
Kode pemrograman yang telah selesai kemudian dijalankan dengan cara klik verify compile lalu klik menu upload dan kemudian klik serial monitor. Setelah program yang dibuat dan dapat berjalan dengan baik, lempengan pada SEN0057 ditancapkan pada permukaan tanah. Selanjutnya, klik serial monitor kembali maka nilai sensor yang terbaca akan ditampilkan dalam serial monitor. Nilai sensor yang diperoleh kemudian digunakan dalam analisis. Langkah tersebut di ulangi kembali pada jenis tanah yang berbeda. Nilai sensor yang diperoleh dalam jenis tanah jenuh dan kering digunakan sebagai batas atas dan batas bawah perhitungan interpolasi penentuan kelembaban tanah normal. Interpolasi penentuan kelembaban tanah normal dapat dihitung dengan persamaan (1). X−X1
Y−Y1
= Y2−Y1 …………….(1) X2−X1 Keterangan: X = nilai kelembaban (%) X1 = nilai kelembaban batas bawah (%) X2 = nilai kelembaban batas atas (%) Y = nilai sensor Y1 = nilai sensor batas bawah Y2 = nilai sensor batas atas
HASIL DAN PEMBAHASAN Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisis menjadi besaran listrik sehingga dapat di analisa dengan rangkaian listrik tertentu (Setiawan 2010). Sensor kelembaban tanah merupakan sensor yang mampu mendeteksi tingkat kejenuhan air di dalam tanah. Prinsip kerja sensor kelembaban tanah yaitu mengukur kadar kejenuhan di dalam tanah dengan mengetahui resistansi tanah tersebut. Jika tanah dalam kondisi kering maka resistansi tanah akan semakin besar. Sebaliknya, jika tanah dalam kondisi basah maka resistansi tanah akan semakin berkurang (Pamungkas et al. 2010). Contoh dari sensor kelembaban tanah yaitu SEN0057 dan VN400. SEN0057 adalah sensor sederhana dengan dua lengan yang dibuat dari batang logam yaitu stainless steel serta dapat membaca nilai kelembapan berdasarkan tingkat resistansi listrik yang dimiliki tanah. Salah satu lengan SEN0057 berfungsi
3
untuk mengantarkan listrik ke dalam tanah sedangkan lengan lainnya berfungsi sebagai penangkap aliran listrik yang bergerak melalui tanah (Vetelino dan John 2000). SEN0057 bekerja pada tegangan sebesar 3.3 – 5 Volt dengan tegangan output yang dihasilkan sebesar 0 – 42 Volt. Kuat arus yang dihasilkan terbilang rendah yaitu sebesar 35 mA. SEN0057 memiliki 3 wiring yaitu GND, power (V), dan analog output (S). Wiring GND dicirikan dengan kabel berwana hitam yang untuk dihubungkan pada pin Ground mikrokontroler. Wiring power (V) dicirikan dengan kabel berwana merah yang untuk dihubungkan pada pin 3.3V atau 5V mikrokontroler. Wiring analog output (S) dicirikan dengan kabel berwana biru yang untuk dihubungkan pada pin A0 – A5 mikrokontroler. VN400 merupakan sensor kelembaban dengan spesifikasi konsumsi catu daya kurang dari 7 mA. Catu daya yang dibutuhkan sebesar 3.3 – 20 Volt. Range kelembaban yang mampu di ukur oleh VN400 yaitu berkisar -40 °C – 85 °C dengan akurasi sebesar 2%. Tegangan output yang dihasilkan sebesar 0 – 3 V. VN400 memiliki 3 wiring, yaitu Ground yang dicirikan dengan tanpa warna (bare), output yang dicirikan dengan warna hitam, dan power (3.3V – 20V) yang dicirikan dengan warna merah. Prinsip kerja sensor VN400 adalah melalui pembacaan nilai kelembapan berdasarkan konstanta elektrik tanah yang diukur dengan metode transmission-line ketika tanah dialiri listrik oleh sensor (Mukhopadhyay dan Chandra 2008). Hasil pengukuran nilai sensor pada jenis tanah kering dan jenuh menggunakan sensor SEN0057 disajikan dalam Tabel 1. Tabel 1 Hasil pengukuran nilai sensor pada jenis tanah jenuh dan kering Kelembaban
Nilai sensor SEN0057
0%
0
100%
305
Berdasarkan hasil pengukuran yang terdapat dalam Tabel 1 dapat ditunjukkan bahwa nilai kelembaban tanah pada saat kondisi jenuh dan kering memiliki hasil yang berbeda. Tanah jenuh memiliki tingkat kelembaban yang lebih tinggi dibandingkan tanah kering. Hal ini dikarenakan pada tanah kering lapisan tanahnya tidak terairi oleh air sedangkan pada tanah jenuh lapisan tanahnya dan ruang pori tanahnya terisi oleh air. Besarnya nilai sensor yang terbaca pada saat kondisi tanah jenuh yaitu sebesar 305 dan pada tanah kering sebesar 0 (nol). Nilai sensor dan kelembaban yang terdapat dalam Tabel 1 akan digunakan sebagai batas atas dan batas bawah dalam interpolasi penentuan nilai kelembaban pada tanah normal. Kelembaban tanah kering sebesar 0% diasumsikan saat kondisi tanah kering tidak terdapat kandungan air di dalam tanah walaupun sebenarnya terdapat kadar air kapasitas lapang tanah. Selanjutnya, saat kondisi tanah jenuh sebesar 100% diasumsikan kondisi tanah memiliki lapisan dan pori tanah yang telah terisi penuh dengan kandungan air walaupun sebenarnya terdapat sedikit rongga udara didalam pori tanah terutama pada lapisan dasar tanah. Kurva hubungan nilai sensor dan kelembaban tanah disajikan dalam Gambar 2.
4
350 300
y = 305x
Nilai sensor
250 200 150 100 50 0 0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
Kelembaban (%) Gambar 2 Kurva hubungan nilai sensor dan kelembaban tanah
Berdasarkan kurva yang terdapat dalam Gambar 2 dapat ditunjukkan bahwa nilai sensor mengalami kenaikan seiring bertambahnya kelembaban. Kurva tersebut membentuk sebuah persamaan linier berupa y=305x. Variabel X menggambarkan besarnya kelembaban tanah dan vairabel Y menggambarkan besarnya nilai sensor yang terbaca. Persamaan linier yang dihasilkan tersebut dapat digunakan untuk menentukan besarnya nilai sensor yang terbaca di setiap interval kelembaban tanah. Hasil perhitungan nilai sensor dengan interval kelembaban tanah 5% disajikan dalam Tabel 2. Tabel 2 Nilai sensor berdasarkan persentase (%) kelembaban dengan interval 5% Kelembaban nilai sensor 0 0 0.05 15.25 0.1 30.50 0.15 45.75 0.2 61.00 0.25 76.25 0.3 91.50 0.35 106.75 0.4 122.00 0.45 137.25 0.5 152.50 0.55 167.75 0.6 183.00 0.65 198.25 0.7 213.50 0.75 228.75 0.8 244.00 0.85 259.25 0.9 274.50 0.95 289.75 1 305
5
Berdasarkan hasil yang terdapat dalam Tabel 2 dapat ditunjukkan bahwa nilai kelembaban tanah berpengaruh terhadap nilai sensor yang terbaca. Semakin tinggi tingkat kelembaban maka semakin tinggi juga nilai sensor yang dihasilkan dan sebaliknya. Nilai sensor dan kelembaban tertinggi terjadi pada kondisi tanah jenuh, secara berturut-turut memiliki nilai sebesar 305 dan 100%. Nilai sensor dan kelembaban terendah terjadi pada kondisi tanah kering yang masing-masing bernilai 0 (nol). Nilai-nilai sensor yang terdapat dalam Tabel 1 merupakan hasil perhitungan menggunakan persamaan linier y=305x, dimana varibel Y merupakan nilai sensor dan variabel X merupakan kelembaban tanah. Besarnya interval yang digunakan dalam nilai kelembaban tanah yaitu sebesar 0.05 atau 5%. Nilai kelembaban dan nilai sensor yang terdapat dalam Tabel 2 digunakan sebagai patokan/pedoman penentuan nilai kelembaban tanah pada jenis tanah normal. Hasil pengukuran nilai sensor pada tanah normal menggunakan SEN0057 disajikan dalam Gambar 3.
Gambar 3 Hasil pengukuran nilai sensor pada tanah normal
Hasil pengukuran nilai sensor yang terdapat dalam Gambar 3 merupakan hasil pembacaan dari sensor kelembaban SEN0057 pada kondisi tanah normal dengan interval waktu sebesar 1000 milisecond per detik atau setara dengan 1 detik. Hasil yang terdapat dalam Gambar 3 juga menunjukkan bahwa pada tanah normal memiliki nilai sensor yang terbaca sekitar 39. Apabila nilai sensor tersebut diletakkan dalam Tabel 2 maka berada diantara nilai kelembaban sebesar 0.1 dan 0.15 dengan besarnya nilai sensor secara berturut turut sebesar 30.50 dan 40.75. Setelah dilakukan interpolasi maka diperoleh pada kondisi tanah normal memiliki kelembaban tanah sekitar 0.127 atau 12.7%. Sensor kelembaban dalam kehidupan sehari-hari dapat di diterapkan dalam bidang pertanian, seperti untuk mengontrol pengairan secara berkala atau irigasi agar kadar kejenuhan air dalam tanah tetap terjaga. Sensor kelembapan juga dapat diterapkan sebagai alat monitoring kelembaban tanah dalam pot berbasis mikrokontroler. Sensor kelembaban otomatis seperti VN400 sangat dibutuhkan dalam menentukan jenis tanaman yang akan ditanam pada kondisi kelembaban
6
tanah tertentu sehingga penggunaan sensor ini akan memudahkan para petani untuk meningkatkan produksinya (Sinclair 1999).
SIMPULAN Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengukuran kelembaban tanah dapat dilakukan dengan menggunakan sensor SEN0057. Setiap sensor kelembaban tanah memiliki spesifikasi yang berbeda satu sama lain. Output dari pengukuran kelembaban tanah dengan sensor SEN0057 berupa nilai sensor yang kemudian harus di interpolasi ke dalam nilai kelembaban tanah. Tanah jenuh memiliki nilai sensor sebesar 305 dengan asumsi kelembaban 100% sedangkan tanah kering memiliki nilai sensor dan kelembaban yang masing-masing bernilai 0 (nol). Kondisi tanah normal memiliki nilai sensor sekitar 39 dengan kelembaban tanah sekitar 12.7%. Besarnya nilai sensor memiliki hubungan yang berbanding lurus dengan kelembapan tanah, semakin tinggi kelembaban tanah maka semakin tinggi juga nilai sensor yang dihasilkan serta sebaliknya.
DAFTAR PUSTAKA Kurnia U, Agus F, Admihardja A, Dariah A. 2006. Sifat Fisik Tanah dan Metode Analisisnya. Jakarta (ID): Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Sumberdaya Lahan Pertanian. Mukhopadhyay, Chandra S. 2008. Sensors. Berlin (DE): Springers. Pamungkas HY, Puspita E, Taufiqurrahman. 2010. Alat monitoring kelembapan tanah dalam pot berbasis mikrokontroler ATmega168 dengan tampilan output pada situs jejaring sosial Twitter untuk pembudidaya dan penjual tanaman hias Anthurium. J Teknik Elektro. 1(1): 1-5. Setiawan A. 2010. Desain Alat Sistem Kontrol Suhu Dan Kelembaban Untuk Optimasi Proses Pembuatan Tempe Pada Skala Industri Rumah Tangga. Surabaya (ID): ITS Press. Sinclair I. 1999. Sensors and Transducers. London (UK): Reed Elsevier. Vetelino, John. 2000. Introduction of Sensor. Boston (US): CRC Press.
7
LAMPIRAN 1 Tampilan hasil pengukuran nilai sensor pada serial monitor
8
LAMPIRAN 2 Pengukuran pada ketiga jenis tanah menggunakan SEN0057
9
LAMPIRAN 3 Contoh perhitungan penentuan kelembaban tanah pada jenis tanah normal Diketahui: X1 = 0.1 X2 = 0.15 Y1 = 30.50 Y2 = 45.75 Ditanya: Y=? (kelembaban tanah normal) Jawab: X - X1 X2 - X1
Y - Y1
= Y2 - Y1 …………….(1)
X - 0.1 0.15 - 0.1
39 - 30.50
= 45.75 - 30.50
X = 0.127 = 12.7 %
10
