SISTEM DETEKSI KEKERINGAN LAHAN UNTUK PENYIRAMAN

TANAMAN OTOMATIS PADA LAHAN PERTANIAN KERING

 

 

Oleh :

Bimandanu Nur Indratma       1103121274

Putri Azanny                           1103120039

Reza Rahadian                        1103120181

Ilham Yunar Pideksa              1103120186

Program Studi Sarjana Teknik Informatika

Fakultas Informatika

Universitas Telkom

Bandung

2015

A. PENDAHULUAN

   a.   Latar Belakang

Agrikultur adalah suatu bagian yang penting dan harus di monitoring perkembanganya untuk memperoleh hasil maksimal pada setiap panenya. Terlebih lagi di Indonesia. Di Indonesia agriculture adalah suatu hal yang sangat wajib di setiap daerah di Indonesia yang merupakan lumbung padi terbesar di dunia, selain itu Indonesia merupakan pemasok terbesar rempah-rempah dunia dan ikut andil juga dalam segi sayur mayurnya. Sehingga dibutuhkan ladang yang mumpuni agar setiap panen petani akan mendapatkan hasil yang selalu maksimal dan menekan kemungkinan untuk gagal panen. Maka dibuatlah sistem untuk memonitoring kadar air dan kelembaban yang ada didalam tanah, udara dan di tambah sensor gerak(untuk hama) agar pemonitoringan ladang menjadi lebih mudah dan terkontrol dengan baik. Sehingga ini di upayakan untuk meminimalisir kekeringan lahan atau lahan yang tidak merata tingkat kesuburan/kandungan airnya dapat di tanggulangi dengan otomatis.

b.   Rumusan Masalah

1. Bagaimana merancang system yang dapat mendeteksi tingkat kekeringan dari bagian-bagian ladang
2. System yang sudah ada diterapkan pada lahan pertanian, dengan memasang sensor disetiap titik-titik untuk mendeteksi titik mana yang membutuhkan air. Kendala yang didapat adalah ketika mendapat pemberitahauan titik yang kekurangan air, pemberian air dilakukan dengan cara manual. Oleh karena itu, akan dirancang system untuk melakukan penyiraman/pemberian air secara otomatis apabila mendapat sebuah pemberitahuan.

c.   Tujuan

Berikut adalah tujuan dari pembuatan sistem ini,

1. Membangun sistem yang digunakan untuk mengetahui tingkat kekeringan dari bagian-bagian ladang.

B. Dasar Teori

a. Wireless Sensor Network

Wireless Sensor Network adalah teknologi jaringan yang dapat melakukan proses sensing, komputasi dan komunikasi menggunakan jaringan yang terdiri beberapa sensor node. Cara kerja dari WSN adalah dengan men-sensing dari kondisi real menggunakan sensor-sensor yang terpasang, kemudian mentransimisikan data yang ditangkap oleh sensor ke node koordinator yang merupakan gateway. Dari node koordinator barulah data dikirim ke pusat atau server untuk dilakukan pengolahan data. Komunikasi yang digunakan bersifat M2M. Untuk mengurangi kompleksitas jaringan dari beberapa node sensor dan kehandalan sistem dalam mentransmisikan data maka diperlukan perancangan jaringan yang cocok. Pada umumnya ada empat topologi yang digunakan pada WSM, peer-to-peer, mesh, dan Star. WSN memiliki beberapa kelebihan, diantaranya hemat energi dan dapat menerima inputan tidak hanya dari satu jenis sensor saja tiap node nya.

b. Arduino Uno/ Mikrokontroller

Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output.

Arduino adalah sebuah board mikrokontroller yang berbasis ATmega328. Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 6 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack power, kepala ICSP, dan tombol reset. Arduino mampu mensupport mikrokontroller; dapat dikoneksikan dengan komputer menggunakan kabel USB .

Arduino memiliki kelebihan tersendiri disbanding board mikrokontroler yang lain selain bersifat open source, arduino juga mempunyai bahasa pemrogramanya sendiri yang berupa bahasa C. Selain itu dalam board arduino sendiri sudah terdapat loader yang berupa USB sehingga memudahkan kita ketika kita memprogram mikrokontroler didalam arduino. Sedangkan pada kebanyakan board mikrokontroler yang lain yang masih membutuhkan rangkaian loader terpisah untuk memasukkan program ketika kita memprogram mikrokontroler .

Sifat open source arduino juga banyak memberikan keuntungan tersendiri untuk kita dalam menggunakan board ini, karena dengan sifat open source komponen yang kita pakai tidak hanya tergantung pada satu merek, namun memungkinkan kita bisa memakai semua komponen yang ada dipasaran

c.  Jaringan Komunikasi X-Bee

Xbee digunakan untuk komunikasi data secara nirkabel (wireless). Untuk menghubungkan Xbee dengan arduino digunakan shield agar lebih mudah dalam perakitannya. Xbee ZB-PRO Series 2 merupakan perangkat komunikasi yang dapat digunakan untuk komunikasi point to point, point to multipoint dan topologi star, dan topologi mesh dengan jangkauan 60 meter pada indoor dan mencapai 1500 meter pada outdoor. Untuk konfigurasi Xbee sebagai node router, function set diatur menjadi ZIGBEE ROUTER AT dan isi PAN ID=666, DH=0, DL=FFFF (pengiriman broadcast). Sedangkan konfigurasi sebagai node coordinator, function set diatur menjadi ZIGBEE COORDINATOR AT dan isi PAN ID=666, DH=0, DL=FFFF (pengiriman broadcast).

d.  Sensor

Sensor merupakan bagian yang berfungsi untuk mengambil data lingkungan seperti suhu udara dan kelembapan.

• Sensor Pergerakan

Sensor gerak sering di jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya ketika hendak memasuki pintu mall, bank, atau gedung perkantoran yg pintunya akan membuka dengan sendirinya. Bentuk lain penampakannya dari tempat-tempat tersebut ialah adanya suara ketika memasuki pintu, seperti “Selamat Datang” ,  “Assalamualaikum” atau mungkin bunyi lainnya sesuai dengan rekaman alat elektronik yang dipasang. Jadi, komponen yang dipakai dalam sensor gerak ini dinamakan Passive Infrared Sensors atau disingkat PIR.

Prinsip kerja dari komponen ini adalah sebagai pengukur energi infra merah yg ditangkap oleh sensor didalam PIR tersebut.  Infra merah yang diukur tersebut tidak bisa dihasilkan sendiri oleh komponen ini, karena itu komponen ini dinamakan sebagai komponen pasif. Dan dari manakan cahaya Inframerah yang digunakan untuk indikator ada tidaknya sinar yg dideteknis komponen ini? Secara singkat, dapat kita gambarkan langkah kerja sensor gerak itu dilapangan karena adanya panas. Sebagaimana kita ketahui bahwa energi dari infra merah itu adalah hasil dari panas. Hewan dan Manusia merupakan makhluk hidup yang bisa memproduksi panas alami walaupun energi panas yang dikeluarkannya terbilang kecil, yakni rata-rata sekitar sembilan hingga sepuluh mikrometer seperti infra red.

Biasanya radius spektrum komponen ini yang digambarkan diatas bisa sampai ke lima meter, sehingga layak dan efektif untuk dibuat menjadi Sensor Gerak. Coba perhatikan lagi gambar diatas, terlihat bahwa komponen ini tak bisa menafsirkan berapa banyakkah jumlah dari manusia yg berada di sektor area radius sensor. Namun demikian sensor bisa menafsirkan telah terjadi berbubahnya energi panas atau inframerah di radiusnya.

• Sensor Kelembapan Tanah (Soil moisture sensor (SEN0114))

Soil Moisture Sensor adalah sensor yang dapat mendeteksi kelembaban tanah disekitarnya. Sensor ini terdiri dari dua probe untuk melewatkan arus listrik dalam tanah seperti yang ditunjukkan pada Gambar.

Kemudian membaca resistansinya untuk mendapatkan nilai tingkat kelembaban. Semakin banyak air membuat tanah lebih mudah menghantarkan listrik (resistansi kecil), sedangkan tanah yang kering sangat sulit menghantarkan listrik (resistansi besar). Sensor ini sangat membantu mengingatkan tingkat kelembaban pada tanaman atau untuk memantau kelembaban tanah untuk pertanian.

• DHT11 Temperature and humidity sensor (DFR0067)

DHT11 adalah sensor Suhu dan Kelembaban, dia memiliki output sinyal digital yang dikalibrasi dengan sensor suhu dan kelembaban yang kompleks. Teknologi ini memastikan keandalan tinggi dan sangat baik stabilitasnya dalam jangka panjang. mikrokontroler terhubung pada kinerja tinggi sebesar 8 bit. Sensor ini termasuk elemen resistif dan perangkat pengukur suhu NTC. Memiliki kualitas yang sangat baik, respon cepat, kemampuan anti-gangguan dan keuntungan biaya tinggi kinerja.

Setiap sensor DHT11 memiliki fitur kalibrasi sangat akurat dari kelembaban ruang kalibrasi. Koefisien kalibrasi yang disimpan dalam memori program OTP, sensor internal mendeteksi sinyal dalam proses, kita harus menyebutnya koefisien kalibrasi. Sistem antarmuka tunggal-kabel serial terintegrasi untuk menjadi cepat dan mudah. Kecil ukuran, daya rendah, sinyal transmisi jarak hingga 20 meter, sehingga berbagai aplikasi dan bahkan aplikasi yang paling menuntut. Sensor ini memiliki 4 pin baris paket tunggal seperti pada Gambar.

C. Perancangan Sistem

a.  Gambaran Umum Sistem

Sistem deteksi kekeringan ini digunakan untuk memantau tingkat kekeringan dari suatu bagian ladang pada daerah kering. Deteksi ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui bagian ladang mana yang perlu disiram mengingat kondisi ladang berada di daerah kering yang jumlah air untuk pengairannya terbatas.

Cara kerja dari sistem ini akan membaca kondisi lingkungan dari bagian ladang yang sudah dipetakan sebelumnya dan ditempatkan beberapa sensor pada tiap bagiannya. Setelah data terbaca maka sistem akan memproses bagian mana yang membutuhkan prioritas pertama dalam penyiraman dan seberapa banyak yang perlu dilakukan untuk penyiraman tersebut dengan mempertimbangkan kondisi persediaan air yang ada.

b. Denah Pemetaan Ladang

Dalam tugas besar ini, kami mengambil sample lahan berukuran 20×20 meter lahan yang digunakan untuk percobaan ini, pada kasus ini diasumsikan terdapat 20 titik penempatan sensor. Penempatan sensor di beri logo lingkaran warna biru, seperti denah pada gambar dibawah ini.

  c.  Arsitektur Sistem

Gambaran arsitektur sistem deteksi kelembaban dan hama ini, memiliki arsitektur sistem seperti gambar dibawah ini

Alur kerja sistem pada arsitektur tersebut adalah, sensor pada lahan/tanah akan mengirimkan informasi kondisi kelembaban air dan gerak hama yang diatur melalui mikrokontroller menggunakan komunikasi X-Bee, kemudian dikirikan ke server.

Dari sensor node yang ada data akan dikirimkan pada satu node coordinator untuk kemudian dikirimkan ke gateway untuk diolah pada server.

d.  Rincian Biaya

Berikut rincian biaya dari pembangunan sistem ini ;

No	Nama Item	Jumlah	Harga Satuan	Total
1	Sensor Kelembapan Tanah	25	Rp 650.000	Rp 16.250.000
2	PIR Motion Sensor	25	Rp 200.000	Rp 5.000.000
3	Sensor Temperatur dan Humidity	25	Rp 105.000	Rp 2.625.000
4	Arduino Uno	26	Rp 375.000	Rp 9.750.000
5	Xbee ZigBee module	26	Rp 470.000	Rp 12.220.000
6	Kabel Jumper	30 meter	Rp 15.000	Rp 450.000
7	Pembangunan Sistem	4	Rp 4.000.000	Rp 16.000.000
	Total			Rp 113.750.000