Sistem Kontrol dan Monitoring Kualitas Air Tambak Udang Windu Dengan Metode Fuzzy Logic Control Menggunakan Mikrokontroler NI myrio

Transkripsi

1 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer e-issn: X Vol. 2, No. 9, September 2018, hlm Sistem Kontrol dan Monitoring Kualitas Air Tambak Udang Windu Dengan Metode Fuzzy Logic Control Menggunakan Mikrokontroler NI myrio Ayu Samura 1, Wijaya Kurniawan 2, Gembong Edhi Setyawan 3 Program Studi Teknik Informatika, 1 samuraayu@gmail.com, 2 wjaykunia@ub.ac.id, 3 gembong@ub.ac.id Abstrak Kualitas air tambak merupakan faktor yang sangat penting untuk kelansungan hidup dan produktivitas budidaya udang windu. Kualitas air tambak yang baik dapat dilihat dari parameter fisika yaitu suhu air, salinitas, dan kekeruhan air. Buruknya kualitas air dapat menyebabkan menurunnya nafsu makan udang, penggemukan udang menjadi lambat, dan mudah terserang penyakit. Untuk menghindari masalahmasalah tersebut, penulis mengusulkan sebuah sistem embedded yang dapat melakukan monitoring dan kontroling kualitas air tambak berdasarkan parameter suhu, salinitas dan kekeruhan air. Pengontrolan dan monitoring menggunakan mikrokontroller NI myrio-1900 dengan metode Fuzzy Logic Controller. Selain itu, sistem ini juga dapat menyimpan hasil data monitoing dan kontroling yang telah dilakukan. Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan, sistem dapat melakukan monitoring terhadap suhu, salinitas dan kekeruhan dengan rata-rata waktu stabil detik. Untuk penentuan kualitas air tambak menggunakan metode Fuzzy Logic Controller dengan tiga membership dan lima membership yang dibandingkan dengan perhitungan manual memperoleh hasil fuzzy dengan lima membership jauh lebih akurat dengan perbedaan 0.51, sedangkan fuzzy tiga membership menghasilkan perbedaan Fungsi pengontrolan kualitas air tambak dengan mengontrol putaran pada pompa air (PWM) menghasilkan tingkat kesesuaian yang baik. Kata kunci: Kualiats Air, Tambak Udang, Fuzzy Logic Controller, NI myrio Abstract The water quality is a very important factor for the survival and productivity of shrimp farming. The water quality can be seen from the physical parameters of water temperature, salinity, and turbidity. Poor water quality can lead to decreased appetite of shrimp, slow fattening, and susceptible to disease. To avoid these problems, the authors propose an embedded system that can monitoring and controlling the shrimp farm water quality based on temperature, salinity and water turbidity parameters.microcontroller NI myrio-1900 with fuzzy logic controller methode are used to control and monitor the water quality of shrimp farm. This sistem can also store the results of monitoring and controlling data that has been done. Based on the test, the sistem can monitor the temperature, salinity and turbidity with an average time stable seconds. For determination the shrimp farm water quality using Fuzzy Logic Controller method with three membership and five membership compared to manual calculation obtained fuzzy result with five membership is much more accurate with difference 0.51, while fuzzy with three membership yield difference on the water quality control function by controlling the speed of the pump rotation produce a good level conformity. Keywords: Water Quality,shrimp farm, Fuzzy Logic Controller, NI myrio PENDAHULUAN Udang windu merupakan salah satu komoditas yang masih memiliki peluang usaha yang cukup baik bagi konsumen lokal maupun internasional karena kandungnya gizinya yang tinggi dan rasanya yang gurih. Kualitas air tambak merupakan faktor utama kelansungan hidup dan produktivitas budidaya udang. Kualitas air dinyatakan dengan beberapa parameter fisika, yaitu suhu air, Fakultas Ilmu Komputer Universitas Brawijaya 2644

2 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 2645 salinitas, kekeruhan air, padatan terlarut dan sebagainya (Effendi, 2003). Buruknya kualitas air berdampak pada turunnya nafsu makan udang, lambatnya pertumbuhan udang, mudahnya udang terserang penyakit. Untuk mencegah dampak buruk tersebut maka diperlukan sistem untuk memonitoring dan mengontrol air pada tambak sehingga kualitas air dapat terkendali dengan baik. Namun, monitoring dan control kualitas air belum dapat digunakan secara maksimal dikarenakan rendahnya tingkat penerapan teknologi. Hal tersebut diperkuat oleh Badan Pusat Statistik (BPS) tahun 2015, yang mengatakan bahwa 80% dari entitas budidaya perairan di Indonesia masih menjalankan praktik tradisional atau ekstensif bahkan hingga tahun lalu. Hal tersebut dikarenakan pelaku budidaya yang terdiri dari industry rumah tangga yang memiliki modal dan keterampilan terbatas. Untuk mengatasi masalah tersebut, beberapa solusi denga memanfaatkan teknologi telah dibuat. Pada penelitian pertaman yaitu monitoring dan kotrol kualitas air tambak udang berdasarkan dua pararmeter yaitu salinitas, dan kekeruhan air. Sistem tersebut dibuat pada aplikasi LabVIEW menggunakan metode fuzzy. Dengan mengendalikan volume air untuk menjaga kualitas air tambak udang agar tetap terjaga dengan baik (Huda, 2015) Penelitian kedua yaitu perancangan sebuah simulator sistem pengontrolan kualitas air tambak udang dalam sebuah modul kontrol. Penelitian tersebut menggunakan control logika fuzzy dan control ON/OFF. Untuk menentukan kualitas air tambak ditentukan berdasarkan parameter salinitas, kandunga oksigen, suhu, dan kekeruhan. (Indrawati, 2008). Penelitian ketiga, yaitu mengukur dan mengontrol kualitas air tambak ikan dari stasiun pengontrolan menggunakan NI myrio. Kualitas air yang dijadikan parameter adalah suhu, kekeruhan, ph, kadar Oksigen dalam air. Kontrol yang digunakan adalah ON/OFF menggunakan relay. Pengontrolan dan pengukuran dapat dilihat pada stasiun pengontrolan yang dikirim myrio melalui Wi- Fi, selain itu pemberitahuan kondisi tambak ikan juga dapat dikirm melalui sms dari stasiun pengontrolan menggunakan GSM module (V & Moinuddin, 2015) Dari ketiga penelitian yang dilakukan sebelumnya, penulis menawarkan sebuah ide untuk membuat embedded system yang dapat melakukan monitoring dan control kualitas air tambak udang windu menggunakan metode Fuzzy Logic Control. Sistem akan memonitroing suhu,salinitas, dan kekeruhan air, kemudian menggunakan Fuzzy metode pendukung keputuan untuk menentukan kualitas air tambak udang windu dan mengontrol aktuator. Aktuator mngontrol masing-masing parameter yang digunakan. Fuzzy yang digunakan sebagai metode akan diproses menggunakan mikrokontrol NI myrio yang dprogram menggunakan aplikasi LabVIEW berbasis graphical programming yang dapat membuat program sistem sekaligus interface sistem 2. PERANCANGAN SISTEM Untuk itu perancangan sistem dibagi menjaadi dua yaitu, perancangan perangkat keras dan perangkat lunak. Perancangan perangkat keras berupa pembuatan prototype tambak udang yang berisi sensor, filter dan pompa. Gambaran sederhana prototype tambak udang beserta penempatan alat-alatnya dapat dilihat pada Gambar 5.1 perancangan sistem. Sedangkan pada perancangan perangkat lunak berupa pengambilan dan menampilkan data dari sensor, penentuan dan pengontrolan kualitas air dengan fuzzy, penyimpanan data. Gambar 1 Perancangan Sistem 2.1 Perancangan Sistem Perangkat Keras Perancangan Prototype Tambak Perancangan prototype tambak udang menggunakan bak plastic yang letak sensor, filter, pompa air dapat dilihat pada Gambar 5.2

3 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 2646 Gambar 2 Penempatan alat pada tambak Perancangan myrio-1900 pada sensor yaitu menghubungkan sensor suhu, salinitas, dan kekeruhan air dengan pin-pin yang ada pada myrio Pada Gambar 5.7 digambarkan sensor suhu dengan warna kuning, sensor salinitas dengan warna hijau, sensor kekeruhan dengan warna biru. Warna merah menandakan power output yang menghubungkan semua VCC pada sensor dengan power output pada NI myrio-1900 dan abu-abu sebagai ground Perancangan myrio pada Driver Motor penempatan pompa kekeruhan, salinitas dengan filternya masing-masing yang berjauhan satu sama lain agar penyaringan dapat merata dalam bak. Begitu juga pada sensor suhu dan pompa suhu yang jaraknya berjauhan, Namun pada pompa suhu tidak memerlukan filter air, karena air yang diserap pompa akan lansung dikeluarkan kembali oleh pompa, tujuannya agar air dalam bak dapat bergerak sehingga suhu dapat terjaga dan juga untuk mengalirkan oksigen dari semburan air yang dikeluarkan pompa Perancangan myrio pada sensor Gambar 4 Perancangan myrio pada Driver L298 Perancangan NI myrio-1900 pada mini driver L298 yaitu menghubungkan driver motor pada mikrokontroler myrio-1900 yang berfungsi sebagai pengatur kecepatan putaran pompa (Pulse Width Modulation) yang nilainya diambil dari output fuzzy. Perancangannya dapat dilihat pada Gambar 5.8. Pada gambar tersebut dapat dilihat penulis menggunakan dua mini driver motor L298. VCC dengan warna merah, ground dengan warna abu-abu, PWM suhu air ditandai dengan warna kuning, PWM salinitas ditandai dengan warna hijau, PWM kekeruhan air ditandai dengan warna biru Perancangan Driver Motor pada Pompa Gambar 3 Perancangan myrio-1900 pada Sensor

4 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 2647 Gambar 6 Flowchart Data Sensor Gambar 5 Perancangan driver motor pada pompa Perancangan mini driver motor L298 pada pompa-pompa dapat dilakukan setelah menghubungkan NI myrio-1900 pada mini driver motor L298, yang terdapat pada perancangan dan implemetasi rangkaian elektrik yang kedua. Pada Gambar 5.9 dapat dilihat bahwa kabel berwarna hijau yang dihubungkan dari pipa ke driver motor L298 untuk mengatur PWM salinitas tambak udang, kabel berwarna kuning untuk mengatur PWM suhu air, dan kabel berwarna biru untuk mengatur PWM kekeruhan air. 2.2 Perancangan Perangkat Lunak Fungsi Mengambil dan Menampilkan Data Sensor Pada fungsi ini merupakan fungsi pertama yang dibutuhkan sebelum fungsi kontrol fuzzy dijalankan. Untuk menampilkan data dari sensor perlu melakukan ADC (Analog to Digital Coverter) yaitu mengubah sinyal analog ke sinya digital. ADC dibutuhkan untuk mengolah datadata yang diambil sensor dimana data tersebut biasanya berupa tegangan atau resistansi. Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk digital yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi Fungsi Logika Fuzzy Fungsi kontrol fuzzy merupakan tahap utama dari sistem ini karena pengontrolan kualitas air menggunakan metode fuzzy. Kontrol Fuzzy dibagi menjadi dua fungsi yaitu menentukan kualitas air dan mengontrol PWM pompa air. Pada penelitian ini penulis menggunakan dua membership function pada kontrol fuzzy yaitu tiga dan lima. Untuk fuzzy dengan tiga membership dapat dilihat pada Gambar 7 flowchart dibawah ini. Gambar 7 Fuzzy Tiga Membership Kemudian fuzzy lima membership dapat dilihat pada Gambar 8 dibawah ini. Kedua gambar tersebut merupakan logika fuzzy untuk menentukan kualitas air tambak udang, dapat diketahui bahwa fuzzy mengambil nilai dari sensor, kemudian setlah itu fuzzy melakukan proses proses pertama yaitu melakukan fuzzyfikasi dengan memetakan nilai-nilai sensor pada himpunan fuzzy, setelah itu dillakukan pembentukan pernyataan-pernyataan logika, kemudian dilakukan fungsi min-max (Penalaran Mamdani), dan terakhir adalah melakukan defuzzyfikasi dengan metode Center of Area. Pada fuzzy tiga membership terdapat 27 rules, sedangkan lima membership 125 rules.

5 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 2648 Gambar 10 Diagram blok PWM suhu Input pada PWM suhu adalah derajat Celsius maka PWM akan terus berputar sampai tambak berada pada suhu inputan. Begitu, juga degan salinitas dan kekeruhan pada gambar dibawah ini. Gambar 11 Diagram blok PWM kekeruhan Gambar 8 Fuzzy Lima Membership Gambar 12 Diagram blok PWM salinitas Fungsi Simpan Data Penyimpanan data dilakukan agar user dapat mendokumentasikan data dan dapat digunakan untuk keperluan lainnya. Gambar 9 Logika Fuzzy Selanjutnya adalah logika fuzzy untuk mengontrol PWM pompa air. Pompa air yang digunakan berjumlah tiga dari tiap-tiap parameter. Untuk proses fuzzy sama seperti menentukan kualitas air, Namun outputnya berbeda, jika penetuan kualitas air adalah baik-buruknya kualtas air, maka kontrol PWM adalah cepat tidaknya putaran PWM pompa. Gambar 13 Flowchart simpan data 6. IMPLEMENTASI SISTEM 6.1 Implementasi Sistem Perangkat Keras

6 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer Implementasi Prototype Tambak Implementasi Perangkkat Lunak Fungsi Megambil dan Menampilkan Data Sensor Implementasi fungsi ini dilakukan pada LabVIEW sebagai tempat untuk membuat program pada sistem, program LabVIEW berbasis graphical programming dan berbentuk seperti gambar ikon kecil. Gambar dibawah ini berisi ADC pada sensor. Gambar 14 Implementasi prototipe tambak Pada tahap implementasi, perancangan yang telah dijelaskan sebelumnya dibuat sesuai dengan ukuran yang tekah ditetapkan dan lansung dengan penempatan sensor, filter dan pompa Pada Gambar 14 dapat dilihat bahwa bak untuk prototype tambak terbuat dari bahan plastik. Pada filter kekeruhan dan filter salinitas ditempatkan di botol minuman. Filter-filter yang berfungsi untuk penyaringan air dihubungkan dengan pompa masing-masing menggunakan selang kecil Implementasi Rangkaian Elektrik Dari perancangan myrio pada sensor, driver motor L298 dan perancangan pompa pada driver maka hasil dari perancangan dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Gambar 16 ADC sensor Setelah data yang diambil sensor dirubah menggunakan maka nilai tersebut akan ditampilkan sebagai monitoring kualitas air tambak seperti gambar diabawah ini Gambar 15 Implementasi rangkaian elektrik Setelah melakukan modifikasi pada servo, setelah itu melakukan implementasi lengan robot menggunakan karton duplex, lengan berbentuk balok terbuka, dengan perhitungan 6 x 4.5 cm dengan 4.5 x 4.5 cm sebanyak 4 buah dan 9 x 4.5 cm dengan 4.5 x 4.5 cm sebanyak 1 buah. Seperti Gambar 7 berikut ini merupakan bentuk balok terbuka dan sudah dipasang servo serta push button. Gambar 17 Interface Monitoring Fungsi Logika Fuzzy Logika fuzzy dibuat pada fuzzy system designer LabVIEW. Setelah itu fuzzy dijalankan. Potongan program dapat dilihat pada dibawah ini.

7 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 2650 Gambar 20 Program PWM pompa Gambar 18 Program fuzzy pada LabVIEW Pada Gambar 18 tersebut bagian pertama yang ditandai dengan kotak merah file fuzzy 3membership.fs yang disimpan pada USB dipanggil, kemudian file fuzzy.fs dimasukan pada fuzzy system oleh FL Load Fuzzy System.vi, setelah itu diproses oleh FL Fuzzy controller (MIMO).vi hingga mengeluarkan output berupa nilai fuzzy 3 membership yang terlihat pada kotak merah bagian 4 dan bagian 3. Untuk tampilan interface dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Gambar 19 Interfcae Fuzzy Selanjutnya adalah fungsi logika fuzzy pada PWM pompa. Pada gambar tersebut (lihat Gambar 20) fungsi pemanggilan dan pemrosesan fuzzy pada bagian pertama yang ditandai kotak merah sama dengan fuzzy tiga dan lima membership, yang membedakan hanya pada output fuzzy, output kontrol PWM fuzzy dapat dilihat pada bagian 2 gambar, terdapat PWM untuk mengontrol suhu, salinitas dan kekeruhan yg nilainya berasal dari hasil output fuzzy. namun pada kontrol PWM ini file fuzzy.fs sama dengan file fuzzy.fs pada file menentukan kualitas air tambak udang menggunakan tiga membership. Sedangkan untuk tampilan interface dapat dilihat pada Gambar 21 dibawah ini. Gambar 21 Interface PWM Pada bagian pertama yang ditandai dengan kotak merupakan tampilan dari grafik, sedangakan bagian kedua tampilan dari nilai output fuzzy dan manual button berwarna hijau juning berfungsi untuk mematikan dan menghidupan pompa secara manual lansung dari user. Pada PWM lima dan tiga membership juga berlaku sama pada program dan tampilan Fungsi Simpan Data Implementasi pada program dapat dilihat pada Gambar 22 pada program tersebut terbagi menjadi empat bagian yang tandai dengan kotak merah. Pada bagian pertama yaitu fungsi untuk membaca, memasukkan dan mengurutkan data. Pada bagian dua adalah fungsi untuk membuat file yang dimasukan pada flashdisk. Bagian tiga merupakan tempat untuk file dalam bentuk excel, dan yang terkahir bagian empat adalah pembuatan nama file, yang kemudian disimpan di flashdisk. Gambar 22 Program simpan data

8 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 2651 Untuk interface penyimpanan data dapat dilihat pada Gambar 23 pada interface user dapat melihat data yang masuk untuk kemudian disimpan. fuzzy dengan tiga membership mempunyai perbedaan atau error 3.22 saat diihitung secara manual, sedangkan fuzzy lima membership mempunyai error Sehingga dapat dikatakan bahwa output fuzzy dengan menggunakan lima membership lebih akurat dibanding dengan menggunakan fuzzy tiga membership. 3. Pengujian Fuzzy PWM (Pulse Width Modulation) Pompa Table 1 Uji PWM ( Pulse Width Modulation) Data Membership PWM Suhu Salinitas Kekeruhan Dokumentasi Gambar 23 Interface simpan data 7. PENGUJIAN Setelah dilakukan perancangan dan implementasi penulis melakukan pengujian pada sistem, berikut hasil pengujian yang telah dilakukan 1. Pengujian pengambilan dan menampilkan data sensor dapa dilihat pada gambar dibawah ini. Gambar 24 Tampilan data sensor Hasil pengujian dapat terlihat bahwa sensor dapat terbaca dengan baik, dengan waktuk stabil sensor pada Tabel 7.1 diabawah ini. Dengan Fuzzy 3 membership pompa air dapat memompa sehigga air yang keluar seperti pada table Pengujian Waktu Eksekusi dan Hasil Kualitas Air Pengujian dilakukan dengan memberi gangguan berupa penambahan keruh dan garam, kemudian sistem melakukan filter selama kurang lebih 24 jam dengan hasil fuzzy lima membership mempunyai hasil air penyaringan yang lebih baik dibanding tiga membership. Tabel 7.1Hasil uji Pengambilan data sensor Data Hasil Uji Waktu Data1 Data2 Stabil Suhu Salinitas Kekeruhan Rata-rata Angka dalam satuan detik 2. Pengujian perbandingan tingkat akurasi membership

9 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 2652 Table 2 Uji Filter Membership Sebelum Sesudah Pengujian Simpan Data Pengujian dilakukan untuk memastikan bahwa data yang diambil oleh sensor dan output fuzzy yang dikeluarkan dapat tersimpan dengan baik pada USB Gambar 25. Dari hasil pengujian dapat dilihat bahwa penyimpanan data monitoring dan kontrol kualitas air tambak udang dapat tersimpan dengan baik. Gambar 25 Pengujian simpan data 8. KESIMPULAN Dari keseluruhan tahap yang telah dilakukan, mulai dari tahap perancangan, tahap implementasi, hasil pengujian, dan hasil analisis, berikut adalah kesimpulan yang dapat diambil: Untuk merancang sebuah sistem embedded yang dapat memonitoring dan mengontrol kualitas air tambak udang windu dengan metode Fuzzy Logic Controller menggunakan mkrokontroller NI myrio-1900 dibutuhkan perangkat keras seperti prototyope bak tambak udang, sensor suhu LM35DZ, sensor Kekeruhan air, sensor salinitas. Pompa air DC, driver motor L298, filter kekeruhan air, filter salinitas. Kebutuhan perangkat lunak yaitu NI LabVIEW. Metode Fuzzy Logic Controller dapat diterapkan dengan menggunakan Fuzzy Sistem Designer yang ada pada NI LabVIEW dengan memasukan parameter suhu, salinitas dan kekeruhan sebagai variabel input dan kualitas air, kecepatan pulse width modulation (PWM) suhu, salinitas, kekeruhan untuk mengatur pompa sebagai variabel ouput. Kemudian nilainilai yang dimasukan untuk membuat membership function (Himpunan Fuzzy) diambail berdasarkan nilai parameter kualitas air dari peraturan Menteri, petani tambak, dan buku tambak udang windu. Untuk pemanggilan fuzzy yang telah dibuat pada Fuzzy sistem designer menggunakan FL Load Fuzzy Sistem.vi dan FL Fuzzy Controller (MIMO).vi Tingkat akurasi yang didapatkan oleh sistem fuzzy tiga membership dan lima membership dibandingkan dengan perhitungan manual maka didapatkan hasil bahwa tingkat akurasi fuzzy lima membership lebih tinggi dibandingkan dengan fuzzy tiga membership. Untuk Pengontrolan kualitas air tambak dilakukan dengan baik oleh fuzzy berdasarkan pengujian yang dilakukan untuk mengontrol pulse width modulation pompa air meskpiun pompa yang digunakan hanya memiliki voltase maksimal 6 volt. Untuk pengujian waktu eksekusi yang dilakuan selama kurang-lebih 24 jam terdapat perubahan air sehingga dapat dikatakan pengontrolan fuzzy terhadap pompa air untuk penyaringan berjalan dengan baik. Dari hasil penyaringan air diketahui bahwa fuzzy lima membership menghasilkan kualitas air yg lebih baik dibanding dengan yang fuzzy tiga membership. Pada fungsi simpan data, data dapat disimpan pada USB yang terhubung pada myrio DAFTAR PUSTAKA Amri, K. (2003). Budidaya Udang Windu Secara Intensif. Depok: Penerbit PT. AgroMedia Pustaka. Fraden, J. (2003). Handbook of modern sensors physics, designs, and aplications (3rd ed.). New York: Springer-Verlag. Huda, M. (2015). Sistem kontrol dan monitoring kualitas air tambak udang menggunakan Fuzzy Logic Controlling berbasis Graphical Programming. Malang: Universitas Brawijaya. Indriawati, K. (2008). Pembuatan Modul Kontrol Kualitas Air Tambak Udang Sebagai Sarana Pembelajaran Perbaikan Teknik Budidaya Udang. Nise, N. S. (2011). Control Systems Engineering, 6th Edition International Student Version (6th ed.). John Wiley & Sons, Inc.

10 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 2653 Rusli, M. (2017). Dasar Perancangan Kendali Logika Fuzzy. Malang: UB Press. V, B., & Moinuddin, k. (2015). Water Quality Measurement and Control from Remote Stasion for Pisiculture Using NI myrio. Internasional Journal of Innovative Research in Electronics and Communication (IJIREC), 2(4), Y, A. I., A. R., & R. N. (n.d.). Rancang Bangun Protipe Kontrol Salinitas Air Tambak Udang Menggunakan Metode Fuzzy Dan Jaringan Sensor Nirkabel.