PROPOSAL SKRIPSI PERANCANGAN SISTEM IRIGASI OTOMATIS MENGGUNAKAN FUZZY LOGIC BERBASIS WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN)

PROPOSAL SKRIPSI



PERANCANGAN SISTEM IRIGASI OTOMATIS MENGGUNAKAN FUZZY LOGIC BERBASIS WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN)


Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memenuhi
Mata Kuliah Seminar Kompetensi dan Pra Skripsi







OLEH :

DWI WALUYO PUTRANTO
152045820987

















KONSENTRASI ELEKTRONIKA
TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS WIDYAGAMA MALANG
2018
LEMBAR PENGESAHAN
PROPOSAL SKRIPSI

PERANCANGAN SISTEM IRIGASI OTOMATIS MENGGUNAKAN FUZZY LOGIC BERBASIS WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN)



OLEH :

DWI WALUYO PUTRANTO
152045820987


Telah diseminarkan pada tanggal …………………. dan disetujui oleh :


Dosen Penguji I Dosen Penguji II




….………………….. …………………………


Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro





MOHAMMAD MUKHSIM, ST. MT.







Ditetapkan dosen pembimbing :


Dosen Pembimbing 1 : …………………………………


Dosen Pembimbing 2 : ………………………………… Tanggal :………………………






Latar Belakang
Indonesia merupakan negara agraris yang hampir seluruh wilayahnya terdapat sektor pertanian atau perkebunan sebagai sumber utama mata pencarian. Air adalah hal yang sangat penting untuk memenuhi kebutuhan tanaman. Pengaturan aliran air atau irigasi di lahan pertanian merupakan faktor penting yang mempengaruhi hasil produksi pertanian atau perkebunan. Para petani umumnya mengunjungi lahannya secara periodik untuk melihat kondisi pada tanaman dan mengairi lahan pertanian hanya sesuai perkiraan (tradisional). Dengan menggunakan perkiraan saja, dibutuhkan banyak waktu hanya untuk sekedar mengairi lahan.
Dalam pengaturan penjadwalan irigasi, kebanyakan petani di Indonesia hanya menggunakan timer saja. Oleh karena itu, sistem menjadi tidak efektif karena irigasi dilakukan tidak berdasarkan kebutuhan tanaman tetapi hanya berdasarkan interval waktu saja sehingga kelebihan ataupun kekurangan air tidak dapat dikontrol [1]. Untuk menangani hal tersebut, diperlukan sensor guna menganalisa kondisi lingkungan di sekitar tanaman. Sensor yang diperlukan adalah soil moisture yang berfungsi membaca nilai kelembaban tanah dan sensor dht11 yang berfungsi membaca nilai suhu dan kelembaban udara. Agar sistem irigasi dapat dilakukan secara otomatis sesuai dengan kebutuhan tanaman, teknologi komputer perlu diterapkan. Teknologi komputer diterapkan dalam sistem kontrol dan komunikasi data.
Dalam perancangan sistem kontrol, parameter yang harus diperhatikan adalah seberapa banyak kebutuhan air pada tanaman. Sistem kontrol akan memberikan keputusan kebutuhan air pada tanaman secara otomatis berdasarkan pembacaan sensor soil moisture dan sensor dht11. Fuzzy logic umumnya dimanfaatkan dalam bidang kontrol otomatis, karena proses kendali dirancang dengan tidak melibatkan model matematis yang rumit dari sistem yang akan dikendalikan [2]. Melalui input dari sensor, dirancang output berupa program fuzzy logic yang mengontrol buka tutup aliran air pada solenoid valve untuk penyiraman air pada tanaman.
Sedangkan untuk komunikasi data yang digunakan adalah teknologi nirkabel (wireless). Luasnya area pada lahan pertanian menyebabkan kondisi kelembaban tanah yang berbeda pada pemantauan. Sehingga perlu adanya pemantauan pada beberapa titik sampling agar kondisi lahan dapat dipantau pada seluruh area. Untuk mendukung penerapan irigasi di lahan luas diperlukan teknologi Wireless Sensor Network (WSN) [3]. Dengan menggunakan WSN, informasi kondisi suatu lahan dapat dipantau dengan akurat pada jarak yang jauh.
Teknologi WSN yang diterapkan adalah menggunakan modul komunikasi nRF24L01+. Kelebihan menggunakan nRF24L01+ adalah memiliki harga yang murah jika dibandingkan dengan XBee. nRF24L01+ memiliki jangkauan komunikasi 100 meter yang lebih pendek dibandingkan XBee yang memiliki jangkauan 200 meter. Tetapi penggunaan nRF24L01+ masih tergolong cocok jika mempertimbangkan investasi biaya serta penerapan pada lahan pertanian yang tidak terlalu luas [3]. Sistem WSN yang dirancang terdiri dari node sensor dan server. Node sensor membaca dan mengambil nilai kelembaban tanah, suhu dan kelembaban udara secara periodik dan secara otomatis membuka dan menutup aliran air berdasarkan pembacaan sensor. Dari pembacaan sensor pada node-node, hasil akuisisi data akan dikirimkan ke server. Proses yang dilakukan saat data berada di server adalah monitoring sistem irigasi secara online menggunakan modul Wifi ESP8266.




Pada penelitian ini menggunakan sensor soil moisture untuk pengukuran kelembaban tanah dan sensor dht11 untuk pengukuran suhu dan kelembaban udara, Arduino untuk mengontrol solenoid valve melalui driver untuk buka tutup aliran air berdasarkan pembacaan sensor, nRF24L01+ sebagai komunikasi data, ESP8266 sebagai server yang memonitoring sistem irigasi. ESP8266 terhubung ke jaringan WiFi yang sama dan data akan dimonitoring melalui website.

Rumusan Masalah
Berikut adalah rumusan masalah dalam penelitian ini yaitu:
Perancangan sistem kontrol fuzzy logic pada sistem irigasi.
Pengiriman data dari node sensor ke server.
Cara server mengirim data ke website dan monitoring sistem irigasi.

Tujuan
Berikut adalah tujuan dalam penelitian ini yaitu:
Menghasilkan rancangan sistem kontrol fuzzy logic pada sistem irigasi.
Mengimplementasikan sistem irigasi yang dapat dimonitoring melalui website.

Kontribusi
Rancangan sistem irigasi otomatis menggunakan fuzzy logic berbasis WSN diharapkan dapat direalisasikan dan dimanfaatkan para petani guna meningkatkan produktivitas dan efektivitas pada kegiatan pertanian khususnya untuk keperluan pemantauan kondisi lahan.

Tinjauan Pustaka
Irigasi
Irigasi adalah upaya menambahkan kekurangan (kadar) air secara buatan, yaitu memberikan air secara sistematis pada tanah yang diolah [4]. Irigasi dilakukan melalui pemanfaatan aliran air demi menunjang pertumbuhan tanaman agar optimal serta menyediakan perlindungan terhadap kekeringan pada tanaman.
Penambahan kekurangan air melalui irigasi diharapkan dapat mengisi kondisi pF (retensi kelembaban tanah) antara 2.54 (kapasitas lapang) sampai dengan 4.2 (titik layu permanen). Pada kodisi pF lebih besar dari 4.2 umumnya tanaman tidak lagi dapat menyerap air dari tanah dan tanaman akan menjadi layu apabila kondisi ini terus dibiarkan. Pemberian air sampai pada kondisi pF dibawah 2 akan mengakibatkan genangan dan perkolasi pada lahan tanam [4].
Terdapat beberapa jenis irigasi yang umum digunakan, diantaranya [5]:
Irigasi Permukaan (Surface Irigation)
Irigasi Permukaan merupakan sistem irigasi konvensional yang sering dijumpai di Indonesia. Irigasi jenis ini mengambil air dari sungai menggunakan pompa yang dihubungkan dengan pipa dan dialirkan langsung ke lahan dan air akan meresap sendiri ke dalam tanah.
Irigasi Bawah Permukaan (Sub Surface Irigation)
Irigasi Bawah Permukaan mengalirkan air melalui pipa yang telah tertanam di dalam perakaran.
Irigasi Pancaran (Sprinkle Irigation)
Irigasi Pancaran memanfaatkan tekanan kemudian menyalurkan air ke dalam pipa kemudian mencurahkannya ke udara dalam bentuk butiran-butiran air kecil yang menyerupai hujan. Besar kecilnya pancaran dapat diatur oleh mesin manual atau otomatis.

Irigasi Tetes (Drip Irigation)
Irigasi Tetes memanfaatkan pipa yang diberi lubang sehingga air akan keluar dalam bentuk tetesan dan langsung menuju tanaman.

Sensor Soil Moisture
Sensor Soil Moisture atau kelembaban tanah merupakan sensor yang mengimplementasikan prinsip kerja sensor resistif. Sensor ini terdiri dari dua elektrode yang nantinya akan membaca kelembaban didaerah sekitarnya, sehingga arus melewati dari satu elektrode ke elektrode yang lain. Besar nilai arus dipengaruhi oleh besar kecilnya resistansi akibat kembaban yang berada disekitar elektrode. Jika resistansi besar maka kelembaban dari tanah kecil, sedangkan jika resistansi kecil maka arus yang melewati elektrode semakin banyak dan menunjukkan bahwa kelembababan tinggi [5].









Gambar 5.1 Sensor Soil Moisture

Sensor DHT11
Sensor DHT11 merupakan merupakan sensor yang mampu memberikan informasi suhu dan kelembaban udara disekitarnya. Sensor ini tergolong komponen yang stabil, memiliki kualitas yang baik dengan respon pembacaan yang cepat, memiliki kemampuan anti interferensi dan harganya yang terjangkau juga menjadi nilai lebih [3]. Ukurannya yang kecil dan kemampuan transmisi sinyal hingga 20 meter membuatnya cocok diterapkan pada banyak aplikasi pengukuran suhu dan kelembaban.



Gambar 5.2 Sensor DHT11
Berikut adalah spesifikasi dari sensor DHT11 :
Tegangan kerja : 5 Volt
Pengukuran suhu : 0-50 OC (kesalahan ± 2 OC)
Pengukuran kelembaban udara : 20-90 % RH (kesalahan ± 5 % RH)
Interface : Digital [3]

Arduino Nano
Arduino Nano adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega328. Arduino nano memiliki 14 pin digital input atau output (6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 8 input analog. Dengan menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite() dan digitalRead(), 14 pin digital pada Arduino Nano dapat difungsikan sebagai input atau output. Pin-pin tersebut bekerja pada tegangan 5 volt, setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal (terputus secara default) 20-50 kOhms [6]. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus:
Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) data serial TTL. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dari chip FTDI USB-to-TTL Serial.
Eksternal Interupsi: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interupsi pada nilai rendah, tepi naik atau turun, atau perubahan nilai. Lihat fungsi attachInterrupt() untuk lebih detail.
PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Menyediakan output PWM 8-bit dengan fungsi analogWrite().
SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI, yang meskipun disediakan oleh perangkat keras yang mendasarinya, saat ini tidak termasuk dalam bahasa Arduino.
LED: 13. Ada built-in LED yang terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai HIGH, LED menyala, saat pin RENDAH, mati.
I2C: 4 (SDA) dan 5 (SCL). Mendukung komunikasi I2C menggunakan pustaka Wire (dokumentasi di situs web Wiring).

Ada beberapa pin lain di papan tulis:
AREF. Tegangan referensi untuk input analog. Digunakan dengan analogReference().
Reset. Untuk me-reset mikrokontroler [7].



Gambar 5.3 Arduino Nano

Tranceiver nRF24L01+
nRF24L01+ merupakan sebuah modul komunikasi yang dapat mengirim dan menerima data secara dua arah tetapi tidak dapat secara bersama-sama (half duplex). Modul ini menggunakan frekuensi 2.4GHz. Dalam pengiriman dan penerimaan data, modul ini harus diberikan sebuah alamat (address) untuk dirinya dan tujuan. Transceiver ini dapat menerima data dari banyak node yang alamat tujuannya sama. Jarak yang bisa ditempuh untuk komunikasi antar NRF24L01+ adalah sekitar 152 meter. Kecepatan pengiriman pada modul ini bervariasi bisa diatur sesuai keinginan, diantaranya adalah 250Kbps, 1Mbps, dan 2 Mbps [5].


Gambar 5.4 nRF24L01+

Modul WiFi ESP8266
Modul WiFi ESP8266 adalah sebuah computer chip terintegrasi yang dapat memberi akses mikrokontroler ke jaringan WiFi. ESP8266 memiliki kemampuan pemrosesan dan penyimpanan on-board yang cukup kuat yang memungkinkan untuk diintegrasikan dengan sensor dan perangkat khusus aplikasi lainnya melalui GPIO dengan pengembangan minimal up-front dan pemuatan minimal selama runtime [8]. ESP8266 bekerja dengan catu daya 3,3 Volt. Dengan jangkauan komunikasi data yang dapat mencapai 100 meter. ESP8266 adalah board yang memiliki harga ekonomis serta komunitas yang besar dan terus berkembang.








Gambar 5.5 ESP8266
Solenoid Valve
Solenoid valve atau dapat disebut kran otomatis berupa katup yang dikontrol melalui arus listrik AC maupun DC untuk menggerakkan kumparan (coil). Solenoid valve ini merupakan elemen kontrol yang paling sering digunakan dalam sistem fluida [1].
Solenoid valve umumnya digunakan dalam aplikasi irigasi otomatis untuk buka tutup aliran air. Solenoid valve bekerja bila coil mendapatkan tegangan arus listrik yang sesuai dengan tegangan operasi, kebanyakan valve beroperasi pada tegangan 220 VAC atau 12/24 VDC.



Gambar 5.6 Solenoid Valve

Fuzzy Logic
Fuzzy Logic pertama kali diperkenalkan oleh Prof.Lotfi Zadeh, seorang guru besar di University of California at Berkeley yang berkebangsaan Iran pada tahun 1965. Fuzzy Logic merupakan cabang dari sistem kecerdasan buatan yang meniru kemampuan berfikir manusia yang kemudian dijalankan oleh mesin. Fuzzy Logic menerima beberapa variabel input atau lebih derajad keanggotaan yang kemudian menghasilkan sebuah output berupa nilai kebenaran tunggal yang diinginkan [9]. Fuzzyfikasi dideskripsikan seperti pada Gambar 2.7 berikut:



Gambar 5.7 Proses Fuzzyfikasi

Variabel input berupa nilai tegas (crisp) tersebut akan diterjemahkan ke dalam fuzzy dengan beberapa tahap diantaranya :
Mengkomposisi variabel fuzzy ke dalam himpunan fuzzy
Variabel fuzzy merupakan sekumpulan objek yang memiliki nilai keanggotaan (membership function). Variabel fuzzy dinyatakan dalam nilai yang sebenarnya, misalnya suhu dan kecepatan dan memiliki nilai tegas. Nilai keanggotaan dapat diaplikasikan pada variabel himpunan fuzzy, himpunan fuzzy merupakan rentang nilai yang memiliki keanggotaan dari masing-masing variabel fuzzy.
Fuzzyfikasi
Fuzzyfikasi adalah proses mengubah nilai tegas yang berupa boolean (benar dan salah) menjadi variabel fuzzy. Melalui membership function, maka nanti nilai input tersebut akan diolah dalam proses fuzzyfikasi.



Menentukan basis pengetahuan dan menyusun basis data
Basis pengetahuan berisi fakta dan kaidah aturan. Fakta merupakan bagian yang memuat informasi tentang objek ataupun kondisi lingkungan, sedangkan kaidah aturan (rulebase) memuat informasi tentang membangkitkan hipotesa fakta yang sudah ada. Terdapat basis data yang berfungsi mendefinisikan himpunan fuzzy dari input dan output agar diimplementasikan sebagai variabel linguistik (bahasa) dalam kaidah aturan yang disusun berdasarkan pada pertimbangan keinginan perancang.
Menentukan rule base
Umumnya aturan fuzzy dinyatakan dalam bentuk "IF…THEN", untuk mendapatkan aturan tersebut, ada dua cara yang digunakan diantaranya dengan menanyakan secara manual kepada operator manusia atau biasa dikenal human expert dan dengan menggunakan algoritma pelatihan berdasarkan data input dan output.
Logika pengambil keputusan
Logika pengambil keputusan memiliki kemampuan berfikir seperti manusia dan disimpulkan dengan menggunakan implikasi fuzzy dan mekanisme inferensi fuzzy dalam aksi pengaturan.
Defuzzyfikasi
Keputusan yang dihasilkan logika pengambil keputusan masih dalam nilai fuzzy yang berupa nilai keanggotaan, maka nilai ini harus diubah kembali ke dalam nilai tegas melalui proses defuzzyfikasi.

Fuzzy Inference System Tsukamoto
Dalam evaluasi aturan pada mesin inferensi, metode fuzzy Tsukamoto menggunakan fungsi implikasi MIN untuk mendapatkan nilai α-predikat pada tiap-tiap rule (α1, α2, α3,.... αn). Masing-masing nilai α- predikat digunakan untuk menghitung hasil inferensi secara tegas (crisp) masing masing rule (z1, z2, z3,.... zn). Proses defuzzyfikasi pada metode Tsukamoto menggunakan metode rata-rata (Average) dengan rumus berikut [10] :

Z=α1.z1α1 (1)

Wireless Sensor Network
Wireless Sensor Network (WSN) atau dalam bahasa Indonesia adalah Jaringan Sensor Nirkabel merupakan suatu jejaring nirkabel yang menggunakan sensor sebagai masukan untuk memantau kondisi suatu lingkungan seperti temperatur, suara, cahaya, tekanan, dll [3]. Secara umum WSN terdiri dari beberapa node sensor dan sebuah node koordinator. Node sensor mengumpulkan data sensor dalam bentuk informasi digital untuk kemudian dikirimkan ke node koordinator dari satu node sensor secara langsung melalui node-node lain [3]. Tiap node dalam WSN umumnya dilengkapi dengan alat komunikasi wireless, mikrokontroler dan sumber energi berupa baterai [5].
Penggunaan daya sangat diperhatikan pada WSN, karena WSN terdiri dari banyak node sensor dan node koordinator yang bekerja dalam waktu yang lama sehingga penggunaan daya yang rendah lebih diutamakan dalam WSN [5]. Beberapa topologi jaringan yang diterapkan di lapangan diantaranya seperti pair, star, mesh dan cluster tree.




















Gambar 5.8 Topologi Jaringan WSN
Metode Penelitian
Metode penelitan terdiri atas tiga subsistem yang terdiri dari node sensor, server dan monitoring data. Node sensor berfungsi membaca nilai kelembaban tanah, suhu dan kelembaban udara. Sensor tersebut akan terhubung ke mikrokontroler yang berfungsi sebagai prosesor untuk melakukan proses ADC (Analog to Digital Converter) serta membuka dan menutup solenoid valve berdasarkan durasi yang sesuai agar kondisi lahan berada pada nilai setpoint yang diinginkan serta dikontrol dengan fuzzy logic. Data dari tiap node sensor akan dikirimkan ke server secara wireless dengan modul nRF24L01+. Setelah terkumpul di server, data akan dikirimkan secara wireless dengan modul WiFi ESP8266 untuk monitoring sistem irigasi melalui website. Diagram blok sistem keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 6.1 di bawah ini.
Lahan 1__________NODE SENSOR 1Sensor, MikrokontrolerAktuator, TransceiverLahan 2__________NODE SENSOR 2Sensor, MikrokontrolerAktuator, TransceiverLahan 3__________NODE SENSOR 3Sensor, MikrokontrolerAktuator, TransceiverSERVERTransceiver, Mikrokontroler,Modul WifiMONITORINGWebsiteLahan 1__________NODE SENSOR 1Sensor, MikrokontrolerAktuator, TransceiverLahan 2__________NODE SENSOR 2Sensor, MikrokontrolerAktuator, TransceiverLahan 3__________NODE SENSOR 3Sensor, MikrokontrolerAktuator, TransceiverSERVERTransceiver, Mikrokontroler,Modul WifiMONITORINGWebsite
Lahan 1
__________
NODE SENSOR 1
Sensor, Mikrokontroler
Aktuator, Transceiver
Lahan 2
__________
NODE SENSOR 2
Sensor, Mikrokontroler
Aktuator, Transceiver
Lahan 3
__________
NODE SENSOR 3
Sensor, Mikrokontroler
Aktuator, Transceiver
SERVER
Transceiver, Mikrokontroler,
Modul Wifi
MONITORING
Website
Lahan 1
__________
NODE SENSOR 1
Sensor, Mikrokontroler
Aktuator, Transceiver
Lahan 2
__________
NODE SENSOR 2
Sensor, Mikrokontroler
Aktuator, Transceiver
Lahan 3
__________
NODE SENSOR 3
Sensor, Mikrokontroler
Aktuator, Transceiver
SERVER
Transceiver, Mikrokontroler,
Modul Wifi
MONITORING
Website


















Gambar 6.1 Diagram Blok Sistem Keseluruhan
Dalam metode penelitian, node sensor yang terdiri dari soil moisture dan dht11 akan dipasang pada 3 petak lahan. Pada server akan menerima semua data dari seluruh node sensor pada semua lahan dan kemudian data akan dikirimkan secara wireless dengan ESP8266. Secara umum, metode penelitian terdiri dari dua bagian yaitu:
Perancangan hardware terdiri atas; perancangan node sensor dan server
Perancangan software terdiri atas; perancangan fuzzy logic untuk sistem kontrol irigasi dan perancangan komunikasi data node sensor ke server

Perancangan Hardware
Selanjutnya untuk blok-blok penyusun node sensor ditunjukkan pada Gambar 6.2. Sensor akan membaca kondisi kelembaban tanah, suhu dan kelembaban udara di sekitarnya secara kontinyu. Kemudian mikrokontroler mengambil data sensor ini juga secara terus menerus. Data sensor selanjutnya akan diolah oleh mikrokontroler dan dikirimkan ke modul server melalui modul nRF24L01+. Pada aktuator, solenoid valve akan dikontrol dengan fuzzy logic.

Sensor Soil MoistureArduino(Fuzzy Logic)Solenoid ValvenRF24L01+Sensor Suhu & Kelembaban UdaraSensor Soil MoistureArduino(Fuzzy Logic)Solenoid ValvenRF24L01+Sensor Suhu & Kelembaban Udara
Sensor Soil Moisture
Arduino
(Fuzzy Logic)
Solenoid Valve
nRF24L01+
Sensor Suhu & Kelembaban Udara
Sensor Soil Moisture
Arduino
(Fuzzy Logic)
Solenoid Valve
nRF24L01+
Sensor Suhu & Kelembaban Udara











Gambar 6.2 Arsitektur Node Sensor

Blok-blok penyusun server ini ditunjukkan pada Gambar 6.3. nRF24L01+ akan menerima data dari node sensor. Kemudian data ini akan dikirim ke mikrokontroler untuk diproses. Data akan dikirim secara wireless melalui ESP8266 ke website untuk monitoring sistem irigasi.

ArduinoESP8266WebsitenRF24L01+ArduinoESP8266WebsitenRF24L01+
Arduino
ESP8266
Website
nRF24L01+
Arduino
ESP8266
Website
nRF24L01+








Gambar 6.3 Arsitektur Server


Perancangan Software
Perancangan software terdiri atas; perancangan fuzzy logic untuk sistem kontrol irigasi dan perancangan komunikasi data node sensor ke server.
Perancangan Fuzzy Logic untuk Sistem Kontrol Irigasi
Pada sistem irigasi otomatis ini, terdapat tiga sensor yang akan menjadi input fuzzy yaitu kelembaban tanah, suhu dan kelembaban udara. Ketiga input akan di fuzzifikasikan ke dalam himpunan fuzzy. Digunakan dua buah nilai linguistik untuk output sensor kelembaban tanah yaitu kering (K) dan lembab (L).
Sensor kelembaban tanah memiliki suplai daya sebesar 5 volt, berarti memiliki rentang nilai digital 0 sampai 1023. Skala kelembaban tanah dalam pertanian biasanya ditunjukkan oleh sensor dengan nilai digital 0-300 untuk kering, 300-700 untuk lembab dan 700-950 untuk basah [2]. Tetapi nilai yang dipakai sampai nilai maksimal 700 yaitu pada kondisi lembab saja.

Tabel 1. Pengelompokan Status Kelembaban Tanah

Nilai Sensor (digital)
Status
0
Kering
102
Kering
204
Kering
306
Kering/Lembab
409
Kering/Lembab
511
Lembab
613
Lembab
716
Lembab






















Keterangan Fungsi Keanggotaan:
Kering = 0 – 400 (digital)
Lembab = 300 – 700 (digital)












Gambar 6.4 Fungsi Keanggotaan Kelembaban Tanah

Sedangkan untuk output sensor suhu digunakan dua buah nilai linguistik yaitu dingin (D) dan panas (P). Output sensor suhu memiliki rentang nilai minimal 0 oC dan maksimal 50 oC [3].

Keterangan Fungsi Keanggotaan:
Dingin = 0 - 25 oC
Panas = 20 - 50 oC












Gambar 6.5 Fungsi Keanggotaan Suhu

Sedangkan untuk output sensor kelembaban udara digunakan dua buah nilai linguistik yaitu rendah (R) dan tinggi (T). Dht11 mendeteksi uap air dengan cara mengukur hambatan listrik antara dua elektroda. Perubahan resistansi antara dua elektroda sebanding dengan kelembaban relatif. Kelembaban relatif yang tinggi akan menurunkan resistensi antara elektroda, sementara kelembaban relatif yang rendah akan menaikkan resistensi antara elektroda. Output sensor kelembaban udara memiliki rentang nilai minimal 20% RH dan maksimal 90% RH [3].


Keterangan Fungsi Keanggotaan:
Rendah = 0 – 60% RH
Tinggi = 50 – 90% RH











Gambar 6.6 Fungsi Keanggotaan Kelembaban Udara

Sedangkan untuk output digunakan pompa air yang terhubung dengan solenoid valve untuk membuka dan menutup aliran air pada durasi waktu tertentu. Waktu buka aliran air akan dilakukan pada luas sekitar 2.5x2 m pada 3 petak lahan yang berjauhan. Diameter pipa yang digunakan adalah 25.4 mm yang tersambung pada solenoid valve dan sprinkle. Tujuan utama penerapan sprinkle adalah untuk mendistribusikan air irigasi secara merata, dengan prinsip kerja tanpa pompa atau menggunakan gaya gravitasi yang digunakan untuk memutar sejumlah nosel.

Sehingga digunakan nilai linguistik yaitu singkat (Si), sedang (Se) dan lama (L).

Keterangan Fungsi Keanggotaan:
Singkat = 0 – 4 menit
Sedang = 3 – 6 menit
Lama = 5 – 9 menit












Gambar 6.7 Fungsi Keanggotaan Waktu Buka Aliran Air










Perancangan Komunikasi Data Node Sensor ke Server
Perancangan yang dibutuhkan dalam komunikasi data adalah program node sensor dan program server. Node sensor berisi program pembacaan sensor berupa kondisi kelembaban tanah, suhu dan kelembaban udara. Dalam node sensor juga terdapat program fuzzy logic untuk kontrol buka aliran air. Data sensor tersebut akan dikirimkan melalui nRF24l01+ sebagai transmitter ke server.


FuzzifikasiAmbil data sensorAmbil data set pointMulaiBuka aliran air sesuai hasil fuzzyKirim data ke serverSelesaiFuzzifikasiAmbil data sensorAmbil data set pointMulaiBuka aliran air sesuai hasil fuzzyKirim data ke serverSelesai
Fuzzifikasi
Ambil data sensor
Ambil data set point
Mulai
Buka aliran air sesuai hasil fuzzy
Kirim data ke server
Selesai
Fuzzifikasi
Ambil data sensor
Ambil data set point
Mulai
Buka aliran air sesuai hasil fuzzy
Kirim data ke server
Selesai
















Gambar 6.8 Diagram Alir Node Sensor






















Sedangkan server berisi program untuk menerima informasi data-data oleh node sensor melalui nRF24l01+ sebagai receiver. Server akan selalu mengupdate data ketika ada perubahan data pada sensor dan aktuator.

Ambil data node sensorMulaiApa ada data sensor baru?Kirim data ke websiteSelesaiAmbil data node sensorMulaiApa ada data sensor baru?Kirim data ke websiteSelesai
Ambil data node sensor
Mulai
Apa ada data sensor baru?
Kirim data ke website
Selesai
Ambil data node sensor
Mulai
Apa ada data sensor baru?
Kirim data ke website
Selesai






T


Y







Gambar 6.9 Diagram Alir Server

Pengujian Per Blok dan Analisa
Pengujian dan analisa dalam penelitian ini akan dilakukan seperti berikut:

Pengujian Hardware Node Sensor
Pengujian bertujuan untuk mengetahui kemampuan node sensor untuk membaca sensor kelembaban tanah, suhu dan kelembaban udara. Menguji kemampuan solenoid valve untuk buka tutup aliran air. Kemudian data akan dikirim ke server melalui modul nRF24l01+. Dalam sistem ini ada 3 node sensor untuk pembacaan data yang ditempatkan pada area berjauhan.

Peralatan yang Dibutuhkan
Sensor soil moisture
Sensor dht11
Arduino nano
Solenoid valve dan driver
Baterai 6 Volt
DC-DC Konverter
Modul nRF24L01+
Downloader

Langkah-langkah Pengujian
Menghubungkan sensor soil moisture pada Arduino
Menghubungkan sensor dht11 pada Arduino
Menghubungkan solenoid valve dan driver pada Arduino
Menghubungkan baterai ke DC-DC Konverter untuk suplai daya solenoid valve
Menghubungkan modul nRF24L01+ pada Arduino
Pengujian Hardware Server
Pengujian bertujuan untuk merancang server untuk menerima data dari node sensor.

Peralatan yang Dibutuhkan
Modul nRF24L01+
Arduino nano
Modul WiFi ESP8266
Downloader

Langkah-langkah Pengujian
Menghubungkan modul nRF24L01+ pada Arduino
Menghubungkan Arduino pada modul WiFi ESP8266

Pengujian Fuzzy Logic untuk Sistem Kontrol Irigasi
Sistem akan melakukan fuzzifikasi dengan perhitungan metode Tsukamoto. Berikut ini merupakan langkah-langkah perhitungan yang akan dilakukan sistem :

Pengujian Fungsi Keanggotaan Kelembaban Tanah










Gambar 6.10 Fungsi Keanggotaan Kelembaban Tanah

Berdasarkan gambar 6.10, persamaan fungsi keanggotaan kelembaban tanah dapat ditunjukkan pada persamaan (3) untuk kategori kering, persamaan (4) untuk kategori lembab.

μkeringKT=12-x3-10x 1 1.5 x 2x 2 (2)

μlembabKT=0x-221 x 1.51.5 x 23 x 3.5 (3)

Pengujian Komunikasi Data Node Sensor ke Server

Pengujian Fungsional Node Sensor
Pengujian node sensor secara fungsional dapat mengirim data hasil sensor yang ditampilkan pada serial monitor. Sistem dapat menampilkan peringatan berhasil jika data berhasil dikirim dan menghidupkan LED. Sistem juga dapat menampilkan peringatan gagal jika data gagal dikirim dan mematikan LED.
Pengujian Fungsional Server
Pengujian server secara fungsional dapat menerima data hasil sensor yang ditampilkan pada serial monitor. Sistem dapat menampilkan peringatan berhasil jika data berhasil diterima dan menghidupkan LED. Sistem juga dapat menampilkan peringatan gagal jika data gagal diterima dan mematikan LED. Server juga dapat mengirim data ke website melalui modul WiFi ESP8266, dan website akan menampilkan data sesuai dengan hasil node sensor.

Pengujian Jangkauan Komunikasi Node Sensor ke Server
Pengujian jangkauan komunikasi antara node sensor dan server diperlukan guna mengetahui jangkauan maksimal sistem. Sistem akan diuji dalam beberapa jangkauan dimulai dari 50 meter dan 100 meter. Pengujian dilakukan secara bergantian mulai node sensor 1 sampai node sensor 3.

Tabel 2. Pengujian Jangkauan Komunikasi Node Sensor ke Server

No
Status Node Sensor
Data Node Sensor 1 sampai 3


Kelembaban Tanah
Suhu
Kelembaban Udara
Solenoid Valve
JANGKAUAN 50 METER
1.
Data terkirim
Kering
Dingin
Rendah
Hasil fuzzifikasi
2.
Data terkirim
Kering
Dingin
Tinggi
Hasil fuzzifikasi
3.
Data tekirim
Kering
Panas
Rendah
Hasil fuzzifikasi
4.
Data tekirim
Kering
Panas
Tinggi
Hasil fuzzifikasi
5.
Data tekirim
Lembab
Dingin
Rendah
Hasil fuzzifikasi
6.
Data tekirim
Lembab
Dingin
Tinggi
Hasil fuzzifikasi
7.
Data tekirim
Lembab
Panas
Rendah
Hasil fuzzifikasi
8.
Data tekirim
Lembab
Panas
Tinggi
Hasil fuzzifikasi
JANGKAUAN 100 METER
1.
Data terkirim
Kering
Dingin
Rendah
Hasil fuzzifikasi
2.
Data terkirim
Kering
Dingin
Tinggi
Hasil fuzzifikasi
3.
Data tekirim
Kering
Panas
Rendah
Hasil fuzzifikasi
4.
Data tekirim
Kering
Panas
Tinggi
Hasil fuzzifikasi
5.
Data tekirim
Lembab
Dingin
Rendah
Hasil fuzzifikasi
6.
Data tekirim
Lembab
Dingin
Tinggi
Hasil fuzzifikasi
7.
Data tekirim
Lembab
Panas
Rendah
Hasil fuzzifikasi
8.
Data tekirim
Lembab
Panas
Tinggi
Hasil fuzzifikasi



Rencana Sistematika Bahasan
Sistematika penulisan diperlukan oleh penilti sebagai pedoman dalam pokok bahasan skripsi agar sesuai dengan alur yang telah ditetapkan sebagai berikut :
Pendahuluan, yang menguraikan latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah dan tujuan serta kontribusi dari penelitian.
Tinjauan Pustaka, yang mengkaji tentang teori-teori yang relevan dengan konsep penelitian, diantaranya tentang teori irigasi, perlengkapan sistem kontrol irigasi, pengetahuan tentang wireless sensor network, penggunaan fuzzy logic untuk program kontrol irigasi.
Metode Penelitian, yang menguraikan tentang metode yang digunakan dalam penelitian, meliputi, blok diagram sistem keseluruhan yang digunakan, rancangan hardware (node sensor dan server) dan rancangan software (sistem kontrol fuzzy logic pada irigasi, komunikasi data node ke server).
Hasil dan Pembahasan, yang menguraikan tentang hasil analisis data penelitian yang telah dilakukan.
Penutup, yang menguraikan tentang kesimpulan dan disertai dengan saran-saran untuk penelitian selanjutnya.


Jadwal Pelaksanaan Kegiatan
Dalam perancangan ini, kegiatan dilakukan dalam tahap-tahap waktu yang telah direncanakan dalam tabel sehingga dosen pembimbing dapat memantau pelaksanaan kegiatan.

No
Kegiatan
Juni
Juli
Agustus


I
II
III
IV
I
II
III
IV
I
II
III
IV
1.
Pengumpulan data












2.
Identifikasi kebutuhan sistem












3.
Perancangan jaringan perpipaan irigasi












4.
Perancangan dan pengujian sistem kontrol irigasi pada node sensor












5.
Perancangan dan pengujian program komunikasi data node sensor ke server












6.
Perancangan interface website pada server












7.
Implementasi perancangan sistem












8.
Bimbingan penulisan naskah skripsi dan laporan akhir















Daftar Pustaka

[1] D. Kurniawan, Y. Yaddarabullah, and G. Suprayitno, "Implementasi Internet of Things pada Sistem Irigasi Tetes dalam Membantu Pemanfaatan Urban Farming," Proceeding of The URECOL, pp. 106–117, 2018.
[2] J. Martin, E. Susanto, and U. Sunarya, "Kendali Ph Dan Kelembaban Tanah Berbasis Logika Fuzzy Menggunakan Mikrokontroller," eProceedings of Engineering, vol. 2, no. 2, 2017.
[3] D. I. Af'idah, A. F. Rochim, and E. D. Widianto, "Perancangan Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) untuk Memantau Suhu dan Kelembaban Menggunakan nRF24L01+," Jurnal Teknologi dan Sistem Komputer, vol. 2, no. 4, pp. 267–276, 2014.
[4] S. K. Saptomo, R. Isnain, and B. I. Setiawan, "Irigasi curah otomatis berbasis sistem pengendali mikro," Jurnal Irigasi, vol. 8, no. 2, pp. 115–125, 2016.
[5] M. D. Syamsiar, M. Rivai, and S. Suwito, "Rancang Bangun Sistem Irigasi Tanaman Otomatis Menggunakan Wireless Sensor Network," Jurnal Teknik ITS, vol. 5, no. 2, pp. A261–A266, 2016.
[6] H. Irawan, M. Rivai, and F. Budiman, "Rancang Bangun Wireless Sensor Network Pada Pendeteksi Dini Potensi Kebakaran Lahan Gambut Menggunakan Banana Pi IoT," Jurnal Teknik ITS, vol. 6, no. 2, pp. C264–C268, 2017.
[7] Anonim. Arduino Nano. [Online] Available at :
https://store.arduino.cc/usa/arduino-nano, diakses tanggal 15 April 2018
[8] Anonim. WiFi Module – ESP8266. [Online] Available at : https://www.sparkfun.com/products/13678, diakses 15 April 2018
[9] E. Y. R. Dewi, "Rancang Bangun Sistem Penyiram Sayur Sawi (Brassica Chinensis L.) menggunakan Sensor Kelembaban dan Sensor Intensitas Cahaya Berbasis Fuzzy Logic."
[10] L. P. Ayuningtias and J. Jumadi, "Analisa Perbandingan Logic Fuzzy Metode Tsukamoto, Sugeno, Dan Mamdani (Studi Kasus: Prediksi Jumlah Pendaftar Mahasiswa Baru Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung)," Jurnal Teknik Informatika UIN Syarif Hidayatullah, vol. 10, no. 1, 2017.