PERANCANGAN SISTEM IRIGASI OTOMATIS DENGAN SENSOR RESISTIF BERBASIS KADAR AIR TANAH PADA TANAMAN RUKOLA (Eruca sativa) S K R I P S I

Transkripsi

1 PERANCANGAN SISTEM IRIGASI OTOMATIS DENGAN SENSOR RESISTIF BERBASIS KADAR AIR TANAH PADA TANAMAN RUKOLA (Eruca sativa) S K R I P S I OLEH : I PUTU AGUS SUMI ANTARA NIM : JURUSAN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015

2 PERANCANGAN SISTEM IRIGASI OTOMATIS DENGAN SENSOR RESISTIF BERBASIS KADAR AIR TANAH PADA TANAMAN RUKOLA (Eruca sativa) S K R I P S I Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana OLEH : I PUTU AGUS SUMI ANTARA NIM: BUKIT JIMBARAN 2015 ii

3 I Putu Agus Sumi Antara PERANCANGAN SISTEM IRIGASI OTOMATIS DENGAN SENSOR RESISTIF BERBASIS KADAR AIR TANAH PADA TANAMAN RUKOLA (Eruca sativa) di bawah bimbingan Ir. I Wayan Tika, MP. dan I Putu Gede Budisanjaya, S.TP., M.T. ABSTRAK Rukola (Eruca sativa) merupakan tanaman yang berasal dari Mediterania dengan kandungan vitamin (A, B kompleks, C dan K) yang tinggi. Rukola dapat tumbuh dengan baik pada suhu yang rendah dengan kadar air tanah 20% 40%. Tujuan dari penelitian ini adalah membangun sistem kontrol irigasi otomatis dengan sensor resistif yang berbasis kadar air tanah yang dapat melakukan irigasi secara otomatis sesuai kadar air optimal pada tanaman rukola (Eruca sativa). Sistem kontrol pada penelitian ini menggunakan sistem kontrol multiplexing dengan sensor stainless steel resistif AC yang membaca resistif kadar air tanah yang dikalibrasikan menjadi persen (%) kadar air yang ditampilkan pada display per detik. Output pompa di kontrol sesuai batasan kadar air pada program dengan mikrokontroler AVR AT Mega Kalibrasi sistem kontrol dilakukan pada kadar air tanah kapasitas lapang dan titik layu permanen. Sistem kontrol irigasi otomatis dapat bekerja dengan baik berdasarkan batasan kadar air 20% batas bawah dan 39% batas atas. Hasil pengujian kinerja sistem kontrol irigasi otomatis mendapatkan pembacaan sensor sistem kontrol yang akurat dengan pengujian pertama mendapatkan hasil regresi yang linier dengan R 2 sistem kontrol I 0,886 dengan nilai RMSE 0,02 dan R 2 sistem kontrol II 0,8603 dengan nilai RMSE 0,02. Hasil pengujian kedua mendapatkan hasil regresi yang linier dengan R 2 sistem kontrol I 0,8896 dengan nilai RMSE 0,01 dan R 2 sistem kontrol II 0,9121 dengan nilai RMSE 0,02. Dengan R 2 yang melebihi 0,7 dan nilai RMSE (Root Mean Square Error) 0,1 serta hasil uji t test membuktikan kadar air tanah pembacaan sensor signifikan dengan uji gravimetri, maka kinerja sistem kontrol sudah bekerja dengan akurat. Kata kunci : rukola, irigasi otomatis, sensor resistif, kapasitas lapang dan titik layu permanen iii

4 I Putu Agus Sumi Antara THE DESIGN OF AN AUTOMATIC IRRIGATION SYSTEM WITH THE RESISTIVE SENSORS BASED OF SOIL WATER CONTENT IN RUKOLA (Eruca sativa) under the guidance of Ir. I Wayan Tika, MP. and I Putu Gede Budisanjaya, S.TP., M.T. ABSTRACT Rukola (Eruca sativa) is a horticultural plants originating from the Mediterranean with a high of vitamins (A, B complex, C, and K) such as. Rukola can be growing well at low ambient temperatures with soil moisture content between 20% - 40%. Therefore, irrigation control system is required to be obtaining at the appropriate moisture content for rukola plants. The aims of this research to build an automatic irrigation system with the resistive sensor based soil moisture that can be perform automatic irrigation accordance optimal water content in rukola. The control system in this research was created using the multiplexing control system with resistive AC stainless steel sensors to read resistive soil moisture that calibrated become a percent (%) of water content displayed on the display per second. The output of the pump is controlled in accordance limits the water content that programmed by the microcontroller AVR AT Mega Calibration control system conducted at field capacity and permanent wilting point. Automatic irrigation control system is able to work well with the limits defined soil moisture is 20 % lower limit and 39 % upper limit. The first testing results irrigation control system obtain the linear regression results the R 2 control system I with RMSE values 0.02 and R 2 control system II with RMSE value The second test obtain linear regression the R 2 control system I with RMSE value 0.01 and R 2 control system II with RMSE value If R 2 that exceeds the value of 0.75 and RMSE (Root Mean Square Error) 0.1 and t test results prove the soil moisture sensor readings is significant with a gravimetric test, then the performance of the automatic irrigation control system is working accurately. Keywords: rukola, automatic irrigation, resistive sensors, field capacity, permanent wilting point iv

5 RINGKASAN Tanaman rukola (Eruca sativa) merupakan tanaman yang berasal dari Mediteranian. Tanaman yang tumbuh pada dataran tinggi dengan suhu dingin ini memiliki rasa kuat dan tajam. Rukola merupakan tanaman konsumtif dengan harga tinggi dan mengandung serat, kalsium, vitamin A, B kompleks, C, E dan K dan 90% air. Rukola dapat tumbuh pada dataran tinggi dan suhu lingkungan yang rendah. Secara umum rukola tumbuh dengan baik pada jenis tanah yang berstekstur lempung berpasir dengan optimasi kadar air 20% 40% dan intensitas cahaya sedang (Ezra. 2008). Tanaman rukola sangat rentan terhadap kelebihan dan kekurangan air. Ketidak seragaman pertumbuhan tanaman rukola serta kematian akibat pembusukan akar dan kekeringan, karena pemberian irigasi sistem tradisional yang diterapkan petani memberikan air tanpa adanya takaran yang sesuai dengan kebutuhan tanaman. Dikarenakan hal tersebut, diperlukan instrumen yang mampu mengukur kadar air tanah secara cepat dan akurat serta diperlukan pemberian irigasi secara terkontrol sesuai dengan kebutuhan setiap tanaman untuk meningkatkan produksi tanaman rukola. Penentuan kadar air tanah dapat ditentukan dengan metode langsung (gravimetri) dan secara tidak langsung dengan menggunakan sensor tanah yang mampu melakukan pembacaan lebih cepat dan mudah. Penelitian ini menggunakan sensor resistif yang membaca resistansi dari kadar air tanah yang dikonversi menjadi frekuensi oleh sistem kontrol dan ditampilkan dalam bentuk persen kadar air pada v

6 display. Sistem kontrol akan memerintahkan relay untuk menghidupkan dan mematikan pompa sesuai batasan kadar air tanah pada program sistem kontrol. Tujuan dari penelitian ini adalah membangun sistem irigasi otomatis dan mendapatkan kalibrasi pembacaan sensor kontrol irigasi otomatis dalam menentukan intensitas pemberian air berdasarkan resistansi tanah. Penelitian ini diharapkan bermanfaat untuk memberikan irigasi yang efektif dan eisien bagi tanaman rukola dan dapat mengurangi biaya tenaga kerja serta meminimalkan kerugian akibat pemborosan air dan kematian pada tanaman. Penelitian dimulai dengan perancangan sistem kontrol dengan input sensor resistif berbahan stainless steel, mikrokontroler AVR AT Mega 8535, dan pompa sentrifugal sebagai output. Sistem kontrol ini bekerja secara multiplexing dengan kemampuan banyak input yang memiliki output masing-masing. Selanjutnya dilakukan kalibrasi antara pembacaan sensor sistem kontrol dengan metode gravimetri pada kondisi kadar air tanah kapasitas lapang, dan titik layu permanen. Data kalibrasi digunakan untuk pemrograman sistem kontrol yang akan merubah pembacaan sensor dari frekuensi menjadi persen (%) kadar air tanah yang ditampilkan pada display per detik. Pengujian dilakukan dengan mencari regresi linier (R 2 ) data dari persen (%) kadar air yang dibaca sensor sistem kontrol dengan kadar air metode gravimetri. Uji akurasi ditentukan dari nilai RMSE (Root Mean Square Error) yang merupakan nilai error dari perbandingan kedua data dan uji t test yang menentukan signifikansi data. Hasil pengujian kinerja sistem kontrol irigasi otomatis mendapatkan pembacaan sensor sistem kontrol yang akurat dengan pengujian pertama mendapatkan hasil vi

7 regresi yang linier dengan R 2 sistem kontrol I 0,886 dengan nilai RMSE 0,02 dan R 2 sistem kontrol II 0,8603 dengan nilai RMSE 0,02. Hasil pengujian kedua mendapatkan hasil regresi yang linier dengan R 2 sistem kontrol I 0,8896 dengan ratarata nilai RMSE 0,01 dan R 2 sistem kontrol II 0,9121 dengan rata-rata nilai RMSE 0,02. Dengan R 2 yang melebihi 0,7 dan nilai RMSE (Root Mean Square Error) 0,1 serta hasil uji t test membuktikan kadar air tanah pembacaan sensor signifikan dengan uji gravimetri, maka kinerja sistem kontrol sudah bekerja dengan akurat. vii

8 viii

9 RIWAYAT HIDUP I Putu Agus Sumi Antara dilahirkan di Berangbang pada tanggal 2 Mei Penulis merupakan anak tunggal dari pasangan I Wayan Warka dan Ni Komang Sri Kendel. Penulis memulai pendidikan di SD N 1 Berangbang Negara Bali pada tahun 1998 dan menamatkannya pada tahun 2004, lalu melanjutkan pendidikan di SMP N 1 Negara dan berhasil menamatkannya pada tahun Tahun 2007 penulis melanjutkan pendidikan ke SMA N 1 Negara sampai dengan tahun Penulis tercatat sebagai mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana pada tahun 2010 melalui jalur PMDK gelombang pertama dan mengambil Program studi Teknik Pertanian (TEP). Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam organisasi intra dan ekstra kampus, diantaranya menjabat sebagai Ketua HMJ (Himpunan Mahasiswa Jurusan) Teknik Pertanian Periode , Fungsionaris BEM (Badan Eksekutif Mahasiswa) Fakultas Teknologi Pertanian periode , Ketua LKTI (Lomba Karya Tulis Ilmiah) Fakultas Teknologi Pertanian 2012, serta aktif sebagai panitia pelaksana dan pengarah kegiatan mahasiwa Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana. Penulis juga pernah mengikuti Praktek Kerja Lapangan di UD. Setia Asih yang berada di Desa Candi Kuning, Kecamatan Baturiti, Kabupaten Tabanan, Bali. ix

10 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis sampaikan kehadirat Ida Sang Hyang Widhi, Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmat dan hidayah-nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi yang berjudul PERANCANGAN SISTEM IRIGASI OTOMATIS DENGAN SENSOR RESISTIF BERBASIS KADAR AIR TANAH PADA TANAMAN RUKOLA (Eruca sativa) ini diajukan sebagai salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian, di Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana, Bali. Pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya dan penghargaan yang setulusnya kepada : 1. Bapak Ir. I Wayan Tika, MP., selaku Dosen Pembimbing I serta selaku pembimbing akademik dan Bapak I Gede Budisanjaya, S.TP., M.T., selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan bimbingan, arahan dan solusi dalam penyelesaian skripsi ini. 2. Bapak Prof. Ir. I Made Anom S. Wijaya, M.App.Sc., Ph.D., Ibu Dr. Sumiyati, S.TP., M.P., dan Ibu Ni Luh Yulianti, S.TP., M.Si. selaku dosen penguji yang telah mengarahkan penulis didalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Bapak Dr. Ir. Dewa Gede Mayun Permana, M.S., selaku Dekan Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana. 4. Bapak Dr. Ir. I Wayan Widia, M.SIE., selaku Ketua Jurusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana. 5. Bapak/Ibu dosen dan staf pegawai Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana yang telah membantu penulisan dalam menyelesaikan skripsi ini. 6. Kepala Laboratorium Rekayasa Alat dan Ergonomika serta Pengelolaan Sumber Daya Alam (PSDA) Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana yang telah memberikan izin untuk memakai Laboratorium. 7. Kepada Keluarga Bapak I Wayan Ada yang telah memberikan izin penggunaan greenhouse yang bertempat di Desa Candikuning, Kecamatan Baturiti, Kabupaten Tabanan, serta membantu didalam pelaksaan pengujian sistem irigasi otomatis. x

11 8. Bapak, Ibu dan seluruh keluarga besar yang selalu memberikan doa, dukungan, perhatian, kepercayaan dan materi. 9. Sahabat tercinta Panji Conol, Wahyu Octavianus, Andri Gede, Turah Pungki Wiraguna, Ayu Gria (Agia), Gek Lia, Mbak Ninik, Gus Yudha, Cynthia Wulandari, Restu Wiana dan Putra Adnyana, yang selalu ada dalam menyelesaikan tugas skripsi ini. 10. Rekan-rekan FTP Unud angkatan 2010 khususnya kawan-kawan TEP 2010: Diaz, Fajar, Ayoni (alm), Rian, Icun, Disa, Vera, Parimba, Samuel, Adi, Viqtor, Gerry, dan teman-teman di FTP Angkatan 2010 sampai angkatan 2014, yang tak bisa disebut satu persatu, terima kasih atas segala bantuannya dalam perkuliahan, membuat tugas, praktikum dan penelitian hingga akhir skripsi ini. Semoga Ida Sang Yang Widhi, Tuhan Yang Maha Esa membalas semua budi baik ini dengan balasan yang lebih baik. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, kritik dan saran masih diperlukan untuk menyempurnakan skipsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat sebagaimana mestinya. Denpasar, Desember 2015 Penulis xi

12 DAFTAR ISI Halaman JUDUL. i HALAMAN PERSYARATAN... ii ABSTRAK... iii RINGKASAN.. v HALAMAN PERSETUJUAN viii RIWAYAT HIDUP.. ix KATA PENGANTAR. xi DAFTAR ISI xii DAFTAR TABEL xv DAFTAR GAMBAR xvi DAFTAR LAMPIRAN xviii I. PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian 3 II. TINJAUAN PUSTAKA Tanaman Rukola Irigasi Irigasi Tetes Kebutuhan Air pada Tanaman Tanah Kadar Air Tanah (KAT) Porositas Tanah Metode Pengukuran Kadar Air Tanah Pengukuran Kadar Air Tanah dengan Metode Resistif 13 xii

13 2.5. Sensor Sistem Kontrol Mikrokontroler AVR AT Mega IC Relay LCD (Liquid Crystal Display) LMB162A Kabel Implementasi Pompa III. METODELOGI PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Alat dan Bahan Penelitian Pelaksanaan Penelitian Perancangan Sistem Kontrol Perancangan Jaringan Irigasi Perakitan Sistem Irigasi Otomatis Uji Kerja Fungsi Penentuan Kadar Air Tanah dengan Uji Gravimetri Kalibrasi Uji Kinerja Sistem Kontrol Irigasi Otomatis Validasi Analisis Statistik Metode Analisis Regresi (R 2 ) Metode Analisis uji RMSE (Root Mean Square Error) Metode Analisis uji t-test.. 37 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Rancangan Sistem Kontrol Irigasi Otomatis Sensor Kadar Air Resistif Pompa Air Rangkaian Sistem Kontrol Rangkaian Sinyal Generator 40 xiii

14 Rangkaian Power Supplay 12 V dan 5 V Rangkaian Multiplexing Mikrokontroler AVR AT Mega 8535 dan LCD 16x Rangkaian Pengendali Pompa Air Hasil Rancangan Sistem Irigasi Kalibrasi Sistem Kontrol Kalibrasi pada KAT Kapasitas Lapang Kalibrasi pada KAT Titik Layu Permanen Hasil Kinerja Sistem Kontrol Irigasi Otomatis V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran. 61 DAFTAR PUSTAKA.. 62 LAMPIRAN.. 65 xiv

15 DAFTAR TABEL Tabel Judul Halaman 1. Kelas porositas tanah Kalibrasi frekuensi tanah sistem kontrol I terhadap kadar air tanah kapasitas lapang Kalibrasi frekuensi tanah sistem kontrol II terhadap kadar air tanah kapasitas lapang Kalibrasi frekuensi tanah sistem kontrol I terhadap kadar air tanah titik layu permanen Kalibrasi frekuensi tanah sistem kontrol II terhadap kadar air tanah titik layu permanen Data pengujian pertama antara kadar air tanah sistem kontrol I terhadap kadar air tanah gravimetri Data pengujian pertama antara kadar air tanah sistem kontrol II terhadap kadar air tanah gravimetri Data pengujian kedua antara kadar air tanah sistem kontrol I terhadap kadar air tanah gravimetri Data pengujian kedua antara kadar air tanah sistem kontrol II terhadap kadar air tanah gravimetri xv

16 DAFTAR GAMBAR Gambar Judul Halaman 1. Kontrol lup terbuka (open loop) Kontrol lup tertutup (closed loop) Port AVR ATMega Skematik fitur ADC pada AVR AT Mega Pinout IC Skema relay Diagram alir pelaksaan penelitian Blok diagram sistem kontrol irigasi otomatis Diagram alir kinerja sistem kontrol irigasi otomatis Rancangan jaringan irigasi Perancangan penempatan sensor dan titik penyiraman Sensor kadar air tanah resistif Pompa air tipe sentrifugal (a) Sistem kontrol irigasi otomatis tampak depan dan belakang (b) Rangkaian sistem kontrol irigasi otomatis Rangkaian IC 555 sebagai generator sinyal Rangkaian power suplly 12 Volt dan 5 Volt Rangkaian multiplexing Rangkaian mikrokontroler AVR AT Mega 8535 dan LCD 16x Skema IC ULN 2003 sebagai pengendali relay pompa air Hasil rancangan sistem irigasi kontrol otomatis Kalibrasi sensor pada kadar air tanah kapasitas lapang dan titik layu permanen Grafik regresi frekuensi tanah sistem kontrol I terhadap kadar air tanah kapasitas lapang xvi

17 23. Grafik regresi frekuensi tanah sistem kontrol II terhadap kadar air tanah kapasitas lapang Grafik regresi frekuensi tanah sistem kontrol I terhadap kadar air tanah titik layu permanen Grafik regresi frekuensi tanah sistem kontrol II terhadap kadar air tanah titik layu permanen Grafik regresi kadar air tanah sistem kontrol I terhadap kadar air tanah gravimetri pada pengujian pertama Grafik regresi kadar air tanah sistem kontrol II terhadap kadar air tanah gravimetri pada pengujian pertama Grafik regresi kadar air tanah sistem kontrol I terhadap kadar air tanah gravimetri pada pengujian kedua Grafik regresi kadar air tanah sistem kontrol II terhadap kadar air tanah gravimetri pada pengujian pertama xvii

18 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran Judul Halaman 1. Kalibrasi frekuensi tanah sistem kontrol terhadap kadar air tanah kapasitas lapang Kalibrasi frekuensi tanah sistem kontrol terhadap kadar air tanah titik layu permanen Kalibrasi pada kadar air tanah jenuh dan nilai porositas tanah Data hasil uji kinerja I sistem kontrol irigasi otomatis Data hasil uji kinerja II sistem kontrol irigasi otomatis. 79 xviii