PROPOSAL PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA JUDUL PROGRAM PENGAPLIKASIAN SISTEM TERTANAM DALAM PERTANIAN HIDROPONIK BIDANG KEGIATAN: PKM PENERAPAN TEKNOLOGI Diusulkan oleh: 11113003 11113077 13314023 14S15002 14S15035
Daniel Panjaitan Ester Situmorang Abednego Ginting Hilman Situmorang Christine Siregar
Tahun Angkatan 2013 Tahun Angkatan 2013 Tahun Angkatan 2014 Tahun Angkatan 2015 Tahun Angkatan 2015
INSTITUT TEKNOLOGI DEL LAGUBOTI 2015
DAFTAR ISI DAFTAR ISI ........................................................................................................... 3 DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. 4 RINGKASAN ......................................................................................................... 5 BAB 1. PENDAHULUAN ..................................................................................... 6 1.1
Latar Belakang Masalah ........................................................................... 6
1.2
Identifikasi Masalah ................................................................................. 6
1.3
Batasan Masalah ....................................................................................... 6
1.4
Tujuan Kegiatan ....................................................................................... 7
1.5
Manfaat Kegiatan ..................................................................................... 7
1.6
Luaran Kegiatan ....................................................................................... 7
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 8 2.1
Landasan Teori ......................................................................................... 8
2.1.1 Pengertian Pertanian Hidroponik ............................................................ 8 2.1.2 Mikrokontroler Arduino ....................................................................... 10 2.1.3 Modul Wifi ESP8266............................................................................ 10 2.1.4 Panel Surya ........................................................................................... 11 2.1.5 Raspberry Pi .......................................................................................... 12 2.1.6 Sensor pH.............................................................................................. 12 2.1.7 Sensor Soil Moisture............................................................................. 13 2.1.8 Selenoid Valve ...................................................................................... 13 BAB 3. METODE PELAKSANAAN .................................................................. 14 3.1
Jenis dan Pendekatan Kegiatan .............................................................. 14
3.2
Konsep Pembangunan Sistem Tertanam dalam Pertanian Hidroponik .. 15
3.3
Waktu dan Tempat Kegiatan .................................................................. 16
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 17
DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Budidaya Sayur Hidroponik ................................................................... 9 Gambar 2 Arduino Board ...................................................................................... 10 Gambar 3 Board Modul ESP8266......................................................................... 10 Gambar 4 Panel Surya ........................................................................................... 11 Gambar 5 Li Ion Battery charging board .............................................................. 11 Gambar 6 Raspberry Pi ......................................................................................... 12 Gambar 7 Sensor pH ............................................................................................. 13 Gambar 8 Sensor Soil Moisture ............................................................................ 13 Gambar 9 Selenoid Valve ..................................................................................... 14 Gambar 10 Model Pendekatan Sistem .................................................................. 15 Gambar 11 Konsep Kerja Sistem .......................................................................... 16
RINGKASAN Pada era sekarang ini, pertumbuhan pertanian Indonesia berkembang sangat pesat. Hal ini didukung oleh pengembangan potensi pertanian yang sekarang ini telah mengarah kearah otomatisasi penggunaan komponen. Hal yang sama terjadi dalam pertanian dengan sistem hidroponik, yang memberdayakan air sebagai media untuk bercocok-tanam. Pada pola pertanian ini, proses kontrol air, pH, dan nutrisi tanaman masih dilakukan secara tradisional dengan proses pemeriksaan dan penanganan secara manual. Oleh karena itu dibutuhkan sebuah inovasi pertanian yang berdasar pada penggunaan sistem yang dapat bekerja sendiri tanpa adanya campur tangan dari manusia, sehingga pola pertanian secara hidroponik ini dapat dilakukan dengan lebih presisi dan menghasilkan produk yang berkualitas tinggi. Diharapkan dalam sistem ini, proses manajemen air, pH, dan nutrisi tanaman akan dilakukan secara otomatis dengan menggunakan sistem tertanam yang menggunakan mikrokontroller arduino . Hasil yang didapat dari sistem ini adalah antara lain monitoring dan kontrol pH secara otomatis, waktu pemberian nutrisi dan waktu pembuangan air secara otomatis sesuai dengan yang dibutuhkan oleh tanaman, sehingga nantinya sistem ini dapat memberikan hasil dan kualitas yang baik pada tanaman hidroponik tanpa harus dilakukan secara manual.
BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Pertanian dengan pola tanam hidroponik merupakan pola pertanian yang sanagat berkemungkinan untuk berkembang pada era sekarang ini.Hal ini didasari karena semakin menyempitnya lahan pertanian konvensional yang dapat digunakan petani tradisional. Perkembangan ini secara tidak langsung menumbuhkan banayak masalah yang berdampak dalam kehidupan manusia. Hal ini dikarenakan pada dasarnya, pola pertanian secara hidroponik harus menggunkan kwantitas air yang besar yang dapat merugikan jika tidak dimanajemen sedemikian rupa. Dan pada dasarnya, pengembangan pola pertanian hidroponik ini masih memiliki beberapa halangan, dikarenakan proses manajeman komponen yang dibutuhkakan di dalamnya (air,pH,nutrisi) masih harus dilakukan secara tradisional. Permasalahan diatas dapat diatasi dengan pengaplikasian Sistem Tertanam pada pertanian Hidroponik ini. Hal ini dilakukan agar penggunaan air, penanganna pH dan penaganan nutrisi dapat dilakukan secara otomatis dan lebih presisi. Dalam pengaplikasiannya, Sistem tertanam untuk pertanian hidroponik ini akan menggunakan Arduino Uno R3, Modul Wireless Arduino (ESP8266), Raspberry Pi 2, Selenoid Valve, Automatic Motor, dan Panel Surya. Komponen-komponen kecil tersebut dapat dibungkus dalam sebuah kotak kecil sehingga lebih mudah dalam penggunaanya. 1.2 Identifikasi Masalah Masalah yang diidentifikasi sehingga dilaksanakan kegiatan ini adalah : a. Kerumitan dalam melakukan penanganan air, pH ,dan nutrisi tanaman. b. Kebutuhan biaya dalam alat dan jasa untuk melakuakn penangannan pada tanaman. c. Membutuhkan waktu penanganan yang lama dalam melakukan pertanian hidroponik karena dilakukan secara manual. 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah yang perlu diperhatikan dalam pelaksanaan kegiatan ini adalah : a. Penanganan penggunaan air dalam pertanian hidroponik seharusnya didasari oleh kadar O2 , dan pH dalam air. b. Kegiatan ini akan menggunakan sensor O2, sensor pH, Selenoid Valve s dan motor ebagai aktuator dalam lahan pertanian. c. Perangkat Raspberry Phi 2 akan digunakan sebagai sebuah server yang akan melakukan decission making yang akan dikirimkan kepada user ataupun ke Aktuator.
1.4 Tujuan Kegiatan Adapun tujuan dari kegiatan ini dilaksanakan adalah : a. Menciptakan sebuah sistem terintegrasi dengan menggunakan Sistem Tertanam yang dapat digunakan secara langsung dalam pertanian Hidroponik b. Memberikan solusi pada penanganan air, pH dan nutrisi tanaman hidroponik. c. Memberikan solusi pertanian secara terinttegrasi untuk mengoptimalkan hasil pertanian. 1.5 Manfaat Kegiatan Manfaat yang diperoleh dari hasil pelaksanaan kegiatan ini adalah : a. Petani akan lebh mudah melakukan penanganan air, pH dan nutrisi pada pertanian secara hidroponik, sehingga kualitas tanaman dapat dijaga. b. Biaya akan relatif lebih sedikit dan hemat waktu dikarenakan sistem ini dapat digunakan secara terus menerus dengan perawatan yang relatif murah. 1.6 Luaran Kegiatan Adapun luaran yang diharapkan melalui kegiatan ini adalah sebagai berikut : a. Terciptanya sebuah prototype yang nantinya dapat digunakan dalam pertanian hidroponik. b. Aplikasi web monitoring keadaan lahan pertanian hidroponik. c. Dokumentasi selama pengerjaan hingga mencapai hasil yang diharapkan.
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Landasan Teori Pada bagian Landasan teori ini, akan dipaparkan menegenai Pertanian secara Hidroponik, dan komponen - komponen utama maupun tambahan dalam pembangunan sistem tertanam untuk pertanian hidroponik. 2.1.1 Pengertian Pertanian Hidroponik Dalam kajian bahasa, hidroponik berasal dari kata hydro yang berarti air dan ponos yang berarti kerja. Jadi, hidroponik memiliki pengertian secara bebas teknik bercocok tanam dengan menekankan pada pemenuhan kebutuhan nutrisi bagi tanaman, atau dalam pengertian sehari-hari bercocok tanam tanpa tanah. Dari pengertian ini terlihat bahwa munculnya teknik bertanam secara hidroponik diawali oleh semakin tingginya perhatian manusia akan pentingnya kebutuhan pupuk bagi tanaman. Di mana pun tumbuhnya sebuah tanaman akan tetap dapat tumbuh dengan baik apabila nutrisi (unsur hara) yang dibutuhkan selalu tercukupi. Dalam konteks ini fungsi dari tanah adalah untuk penyangga tanaman dan air yang ada merupakan pelarut nutrisi, untuk kemudian bisa diserap tanaman. Pola pikir inilah yang akhirnya melahirkan teknik bertanam dengan hidroponik, di mana yang ditekankan adalah pemenuhan kebutuhan nutrisi. Pada era modern ini, pertanian secara hidroponik dibagi dala beberapa metode yaitu sebagai berikut ,
Static solution culture (kultur air statis) Continuous-flow solution culture Aeroponics Passive sub-irrigation Ebb and flow atau flood and drain sub-irrigation Run to waste Deep water culture Bubbleponics Bioponic
Dalam pertanian hidroponik ini terdapat beberapa keuntungan, yaitu sebagai berikut,
Tidak membutuhkan tanah Air akan terus bersirkulasi di dalam sistem dan bisa digunakan untuk keperluan lain, misal disirkulasikan ke akuarium Mudah dalam pengendalian nutrisi sehingga pemberian nutrisi bisa lebih efisien Relatif tidak menghasilkan polusi nutrisi ke lingkungan Memberikan hasil yang lebih banyak Mudah dalam memanen hasil Steril dan bersih Bebas dari tumbuhan pengganggu Media tanam dapat dilakukan selama bertahun-tahun Bebas dari tumbuhan pengganggu/gulma Tanaman tumbuh lebih cepat
Contoh pertanian dengan menggunakan pola hidroponik dapat dilihat pada Gambar 1 Budidaya Sayur Hidroponikdi bawah ini ,
Gambar 1 Budidaya Sayur Hidroponik
2.1.2 Mikrokontroler Arduino Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open-source, diturunkan dari wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Hardware-nya memiliki prosesor Atmel AVR dan software-nya memiliki bahasa pemrograman sendiri. Board mikrokontroler arduino dapat dilihat pada Gambar 2 Arduino Board.
Gambar 2 Arduino Board
2.1.3 Modul Wifi ESP8266 ESP8266 adalah modul WiFi compatible Arduino memungkinkan papan Arduino untuk terhubung ke jaringan menggunakan 802.11 spesifikasi nirkabel (WiFi). Perangkat ini mampu menghubungkan arduino dengan jaringan karena sudah dilengkapi dengan sistem Wireless LAN 802.11b / g didalamnya. Shield ini mendukung protokol jaringan TCP(Transmission Control Protocol) dan UDP(User Datagram Protocol). Modul wifi ini sudah dilengkapi dengan library yang compatible dengan arduino sehingga lebih mudah dalam penggunaannya dengan arduino. Perangkat modul wifi ESP8622 dapat dilihat pada Gambar 3 Board Modul ESP8266.
Gambar 3 Board Modul ESP8266
2.1.4 Panel Surya Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi listrik. Disebut surya atau matahari atau "sol" karena matahari merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Panel surya sering kali disebut sel photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai "cahaya-listrik". Sel surya atau sel PV bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan. Perangkat panel surya yang akan digunakan pada kegiatan ini adalah panel surya mini 1.6W 5.5V 266mA. Panel surya ini mampu mengisi 4 baterai kapasitas 1.2 V sehingga total kapasitas yang diisi 4 x 1.2=2.4 V. Proses pengisian baterai harus dihentikan jika kapasitas baterai sudah penuh. Hal ini bertujuan untuk menjaga baterai tidak rusak. Sehingga diperlukan perangkat tambahan sebagai indikator pengisian baterai. Perangkat yang cocok menempati fungsi indikator pengisian baterai adalah Li Ion Battery charging board. Perangkat panel surya dapat dilihat pada Gambar 4 Panel Surya dan Li Ion Battery charging board dapat dilihat pada Gambar 5 Li Ion Battery charging board dibawah ini.
Gambar 4 Panel Surya
Gambar 5 Li Ion Battery charging board
2.1.5 Raspberry Pi Raspberry Pi bersifat open source (berbasis Linux), Raspberry Pi bisa dimodifikasi sesuai kebutuhan penggunanya. Sistem operasi utama Raspberry Pi menggunakan Debian GNU/Linux dan bahasa pemrograman Python. Salah satu pengembang OS untuk Raspberry Pi telah meluncurkan sistem operasi yang dinamai Raspbian, Raspbian diklaim mampu memaksimalkan perangkat Raspberry Pi. Sistem operasi tersebut dibuat berbasis Debian yang merupakan salah satu distribusi Linux OS. Bentuk Raspberry Pi dapat dilihat Gambar 6 Raspberry Pi.
Gambar 6 Raspberry Pi
2.1.6 Sensor pH Sensor pH merupakan elektroda gelas yang terdiri dari gelembung gelas yang sensitif pH pada ujungnya, Sensor ini berisi larutan klorida dan elektroda. Sensor pH merupakan sebuah pH meter analog, yang dirancang khusus untuk kontroler Arduino dan memiliki built-in yang sederhana, koneksi yang mudah dan fitur yang praktis. Memiliki LED yang bekerja sebagai indikator power, BNC konektor dan PH2.0 antarmuka sensor. Untuk menggunakannya, cukup menghubungkan sensor pH dengan konektor BNC, dan pasang antarmuka PH2.0 ke port input analog dari controller Arduino.
Gambar 7 Sensor pH 2.1.7 Sensor Soil Moisture Sensor soil moisture adalah sensor kelembaban tanah yang bekerja dengan prinsip membaca jumlah kadar air dalam tanah di sekitarnya. Sensor ini merupakan sensor dengan teknologi rendah namun ideal untuk memantau kadar air tanah untuk tanaman. Sensor ini menggunakan dua konduktor untuk melewatkan arus melalui tanah, kemudian membaca nilai resistensi untuk mendapatkan tingkat kelembaban. Lebih banyak air dalam tanah akan membuat tanah lebih mudah menghantarkan listrik, sedangkan tanah kering akan mempersulit untuk menghantarkan listrik (nilai resistensi kurang). Sensor soil moisture dapat dilihat pada Gambar 8 Sensor Soil Moisture berikut.
Gambar 8 Sensor Soil Moisture 2.1.8 Selenoid Valve Solenoid valve merupakan katup yang dikendalikan dengan arus listrik baik AC maupun DC melalui kumparan / selenoida. Solenoid valve ini merupakan elemen kontrol yang paling sering digunakan dalam sistem fluida. Seperti pada sistem pneumatik, sistem hidrolik ataupun pada sistem kontrol mesin yang membutuhkan elemen kontrol otomatis. Selenoid Valve akan digunakan sebagai pengendali pompa air melalui arahan dari mikrokontroller Arduino. Bentuk selenoid valve dapat dilihat pada Gambar 9 berikut.
Gambar 9 Selenoid Valve BAB 3. METODE PELAKSANAAN Pada Bab Metode Pelaksanaan ini akan dibahas bagaimana pengaplikasian Sistem tertanam pada pertanian pola hidroponik akan dibangun, konsep yang digunakan dalam pembangunan sistem, pendekatan kegiatan yang digunakan sebagai dasar pembagunan sistem, skema kerja dari sistem tertanam serta waktu dan tempat kegiatan akan dilaksanakan. 3.1 Jenis dan Pendekatan Kegiatan Dalam Pengaplikasian Sistem Tertanam pada pola pertanian hidroponik ini, pendekata yang dilakukan berdasar pada pemberian notifikasi hasil monitoring dan aktuasi secara langsung oleh sistem. Sistem akan terbagi pada empat bagian besar. Bagian pertama akan menangani masalah sensing kondisi lahan pertanian hidroponik. Bagian kedua akan menagani masalah decision making dari data hasil sensing yang telah diterima dari bagian pertama. Pada bagian ini akan digunakan mikrokontroller Arduino yang akan mengontrol kerja dari 3 bagian lainnya. Bagian ketiga akan bekerja sebagai server, yang akan menampilkan data hasil monitoring dari data yang akan dikirimkan oleh mikrokontroller. Bagian ini akan bertindak sebagai fasilitator bagi pihak terkait agar dapat secara langsung memantau data hasil monitoring dari sensor. Bagian keempat akan melakukan aktuasi secara langsung pada lahan hidroponik. Aktuasi ini berdasar pada hasil decision making yang dilakukan oleh mikrokontroller Arduino. Aktuasi ini berupa penggantian air secara otomatis dikarenakan kadar oksigen yang berkurang, penambahan pH pada air dan pemberian nutrisi secara otomatis melalui air. Model pendekatan kegiatan dapat dilihat pada Gambar 10 Model Pendekatan Sistem di bawah ini.
Gambar 10 Model Pendekatan Sistem
3.2 Konsep Pembangunan Sistem Tertanam dalam Pertanian Hidroponik Konsep pembangunan Sistem Tertanam dalam Pertanian Hidroponik ini didasari pada pembagian sistem yang dijelaskan pada bab sebelumnya. Pada Sistem ini setiap bagian akan bekerja saling interdependent, dimana setiap bagian akan saling bekerja secara pararel akan tetapi akan saling berketergantungan dikarenakan aliran data yang terjadi pada setiap bagian sistem. Dalam sistem ini, Mikrokontroller Arduino akan melakukan setup komponen komponen lainnya sehingga bagian bagian tersebut akan bekerja dengan ketentuan masing masing. Setelah bekerja, bagian sensor akan melakukan sensing secara realtime pada lahan dan memberikan data hasil ke mikrokontroller. Mikrokontroller selanjutnya akan memproses data tersebut, setelah diproses, data akan dikirimkan ke server untuk di log dan ditampilkan ke pihak terkait melalui aplikasi berbasis web. Pada saat yang sama Mikrokontroller akan mengirimkan data tersebut ke actuator sehingga actuator dapat secara langsung melakukan aktuasi pda kondisi lahan , mulai dari penggantian air dan penyesuaian pH secara otomatis. Konsep kerja sistem tertanam tersebut dapat dilihat pada gambar di bawahError! Reference source not found..
Gambar 11 Konsep Kerja Sistem
3.3 Waktu dan Tempat Kegiatan Kegiatan ini akan dilakukan pada lahan pertanian hidroponik yang berada di Desa Pangururan Kabupaten Samosir. Selanjutnya, kegiatan ini akan dilaksanakan mulai bulan Januari 2016 sampai Mei 2016 dengan waktu kerja selama 120 hari aktif kerja.
DAFTAR PUSTAKA
Deba168,”Solar Panel Arduino Weather Station”, http://www.instructables.com/id/SOLAR-POWERED-ARDUINO-WEATHERSTATION/. Diakses pada tanggal 11 Agustus 2015 Oktofani,Yusuf.(2013). Sistem Pengendalian Suhu Dan Kelembaban Berbasis Wireless Embedded Sistem. Brawijaya. Sulistia,Andi.(2011). Arduino Uno Sebagai Sistem Kendali Dan Monitoring Pengaturan Air Pada Tanaman Produksi. Kudus. Marsela,Tracy.(2012). Sistem Kendali Intensitas Cahaya Rumah Kaca Cerdas pada Budidaya Bunga Krisan Brawijaya. Wikipedia, “Arduino”, https://id.wikipedia.org/wiki/Arduino. Diakses pada tanggal 10 Agustus 2015
