RANCANG BANGUN ALAT PENGATUR SUHU DAN KELEMBABAN PADA GREENHOUSE UNTUK TANAMAN STROBERI BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535 LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3 oleh : DERES DAMANIK ERLINA FEBRI NIM : 1105031013 NIM : 1105031017 ENDAH AFFRIANA FREDDY WALLES G NIM : 1105031015 NIM : 1105031020 PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
ABSTRAK Tanaman stroberi umumnya adalah tanaman yang tumbuh baik didaerah beriklim dingin, akan tetapi perubahan cuaca yang tidak teratur sekarang ini menyebabkan sulitnya pertumbuhan tanaman stroberi secara optimal sehingga akan lebih baik jika tanaman stroberi ditanam pada Greenhouse agar dapat tumbuh dengan optimal tanpa terpengaruh oleh perubahan cuaca yang ekstrim, oleh karena itu pada rancang bangun Tugas Akhir ini dilakukan realisasi untuk pengaturan suhu dan kelembaban yang sesuai untuk tanaman stroberi secara otomatis dengan menggunakan mikrokontroller ATMega 8535, hasil dari proses pengaturan suhu dan kelembaban secara otomatis yang sesuai dengan suhu dan kelembaban ideal tanaman stroberi untuk tumbuh nantinya bisa diterapkan pada tanaman stroberi yang sesungguhnya baik ditanam pada daerah dengan iklim dingin ataupun pada dataran rendah sehingga dapat memberikan hasil dan kualitas baik pada tanaman stroberi. Kata kunci : Pengendalian suhu, pengendalian kelembaban, mikrokontroller ATMega 8535
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan anugrahnya yang memberikan pengetahuan, kesehatan, dan kesempatan kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Laporan yang berjudul Rancang Bangun Alat Pengatur Suhu dan Kelembaban pada Greenhouse untuk Tanaman Stroberi Berbasis Mikrokontroller ATMega 8535. Laporan tugas akhir ini disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan program pendidikan studi Diploma III Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan. Dalam proses pembuatan laporan tugas akhir ini, penulis telah banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik berupa materil, spiritual, informasi maupun segi administrasi. Oleh sebab itu selayaknya penulis mengucapkan Terima Kasih kepada: 1. M. Syaruddin, S.T., M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Junaidi, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 3. Ir. Gunoro, M.T., Kepala Program Studi Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 4. Ir. Juli Iriani, M.T. selaku Dosen pembimbing yang telah banyak membantu penulis dengan memberikan masukan dan nasihat. 5. Ir. Rafian Nauli Hasibuan, M.T., selaku dosen wali EL-6B. 6. Bapak dan Ibu dosen pengajar Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 7. Orang tua penulis yang telah banyak memberikan bantuan baik moril maupun materil. 8. Seluruh teman-teman di Jurusan Teknik Elektro khususnya di kelas EL- 6B, EL-6A, EL-6C, dan EL-6D.
9. Kepada semua pihak yang telah membantu, walaupun tidak disebutkan namanya bukan berarti mengurangi ketulusan dan keikhlasan. Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam penulisan laporan tugas akhir ini. Oleh sebab itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang dapat memperbaiki laporan tugas akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih kepada siapa saja yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Semoga laporan tugas akhirini bermanfaat bagi siapapun yang membacanya. Medan, September 2014 Hormat Kami Penulis
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN... i LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... x DAFTAR LAMPIRAN... xi BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1. LATAR BELAKANG MASALAH... 1 1.2. PERUMUSAN MASALAH... 1 1.3. BATASAN MASALAH... 2 1.4. TUJUAN TUGAS AKHIR... 2 1.5. MANFAAT TUGAS AKHIR... 3 1.6. METODE PENYELESAIAN MASALAH... 3 1.7. SISTEMATIKA PENULISAN... 4 1.8. CARA KERJA RANGKAIAN... 4 BAB 2 LANDASAN TEORI... 6 2.1. TANAMAN STROBERI... 6 2.1.1. Syarat-Syarat Tumbuh Tanaman Stroberi... 7 2.2. SUHU DAN KELEMBABAN UDARA... 7 2.2.1. Suhu... 7 2.2.2. Kelembaban Udara... 9
2.3. MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535... 9 2.3.1. Konfigurasi Pin ATMega 8535... 12 2.3.4. Peta Memori ATMega 8535... 13 2.4. ANALOG DIGITAL CONVERTER... 16 2.5. SENSOR SUHU DAN KELEMBABAN SHT11... 17 2.6. PENDINGIN RUANGAN... 19 2.7. SPRAYER... 20 2.8. LAMPU PIJAR... 21 2.9. LCD... 22 2.10. RELAY... 23 2.11. TRANSISTOR... 25 2.12. DIODA... 26 2.13. RESISTOR... 27 BAB 3 PERANCANGAN SISTEM... 29 3.1. DIAGRAM BLOK SISTEM... 29 3.2. FLOW CHART SISTEM... 30 3.3. PERENCANAAN RANGKAIAN KENDALI... 32 3.3.1. Sensor... 33 3.3.2. Mikrokontroller... 38 3.3.3. Transistor Sebagai Penguat Arus... 39 3.3.4. Power supply... 39 3.3.5. Pendingin... 40 3.3.6. Sprayer... 41 3.3.7. Pemanas... 41 3.3.8. LCD... 42 3.3.9. Set Point... 43
3.4. PERENCANAAN MINIATUR GREENHOUSE... 44 3.5. DAFTAR ALAT DAN BAHAN... 44 BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA... 45 4.1. PENGUJIAN PIN IC... 45 4.1.1. Pengujian pin IC mikrokontroller... 45 4.1.2. Pengujian pin IC LCD... 46 4.2. PENGUJIAN SISTEM KESELURUHAN... 47 4.3. DAYA TOTAL DAN KAPASITAS RUANG... 50 BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN... 52 5.1. SIMPULAN... 52 5.2. SARAN... 52 DAFTAR PUSTAKA... 53
DAFTAR GAMBAR GAMBAR 2.1 TANAMAN STROBERI... 6 GAMBAR 2.2 MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535... 10 GAMBAR 2.3 DIAGRAM FUNGSIONAL MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535... 11 GAMBAR 2.4 KONFIGURASI PIN MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535... 12 GAMBAR 2.5 PETA MEMORI DATA MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535... 14 GAMBAR 2.6 EEPROM DATA MEMORI MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535... 15 GAMBAR 2.7 BLOK DIAGRAM SENSOR SHT11... 19 GAMBAR 2.8 SKEMA ANTAR MUKA SENSOR SHT11... 19 GAMBAR 2.9 KONSTRUKSI LAMPU PIJAR... 22 GAMBAR 2 10 SIMBOL RELAY DAN RANGKAIAN DRIVER RELAY... 25 GAMBAR 2.11 TRANSISTOR NPN DAN PNP... 25 GAMBAR 2.12 BENTUK DIODA STRUKTUR DIODA DAN SIMBOL DIODA... 26 GAMBAR 2.13 SIMBOL RESISTOR... 28 GAMBAR 3.1 DIAGRAM BLOK SISTEM... 29 GAMBAR 3.2 FLOW CHART SISTEM... 31 GAMBAR 3.3 RANGKAIAN SKEMATIK SISTEM... 32 GAMBAR 3.4 RANGKAIAN SENSOR SHT11... 33 GAMBAR 3.5 MODUL SENSOR SHT11... 34 GAMBAR 3.6 ADAPTOR SEBAGAI SUPPLY SUMBER TEGANGAN DC... 40 GAMBAR 3.7 RANGKAIAN SISTEM PENDINGIN... 40 GAMBAR 3.8 AC (AIR CONDITIONER) SEBAGAI PENDINGIN... 40 GAMBAR 3.9 RANGKAIAN SISTEM SPRAYER... 41 GAMBAR 3.10 MOTOR DC 12V SEBAGAI SPRAYER... 41 GAMBAR 3.11 RANGKAIAN SISTEM PEMANAS... 42 GAMBAR 3.12 LAMPU PIJAR 100 WATT SEBAGAI PEMANAS... 42 GAMBAR 3.13 RANGKAIAN PIN LCD... 43 GAMBAR 3.14 LCD SEBAGAI TAMPILAN SUHU DAN KELEMBABAN... 43
DAFTAR TABEL TABEL 3.1 NILAI KOEFISIEN D1 DAN D2 DAN RESOLUSI SO T... 37 TABEL 3.2 KONSTANTA KONVERSI UNTUK PENGUKURAN RH... 37 TABEL 3.3 NILAI SO RH, T1 DAN T2 UNTUK 12 DAN 8 BIT... 38 TABEL 3.4 DAFTAR ALAT DAN BAHAN... 44 TABEL 4.1 PENGUJIAN PIN IC MIKROKONTROLLER... 45 TABEL 4.2 PENGUJIAN PIN IC LCD... 46 TABEL 4.3 PENGUJIAN SISTEM... 47 TABEL 4.4 PENGUJIAN AKTUATOR DAN SENSOR... 48 TABEL 4.5 PENGUJIAN PEMANAS... 49
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN 1 LISTING PROGRAM... 54 LAMPIRAN 2 DIAGRAM KONTROL... 59 LAMPIRAN 3 BENTUK FISIKMINIATUR... 63 LAMPIRAN 4 DATASHEET SENSOR... 64 LAMPIRAN 5 DATASHEET MIKROKONTROLLER... 76
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. LATAR BELAKANG MASALAH Banyak kendala bagi kita yang tinggal di daerah dataran rendah, dikarenakan suhu yang tinggi dan kelembaban yang rendah, khususnya untuk daerah medan yang dikarenakan oleh faktor alam, yaitu berupa cuaca yang tak menentu sehingga kelembaban dan suhu yang dibutuhkan oleh tanaman pun menjadi suatu masalah, hal ini dikarenakan tanaman stroberi yang ditanam pada lingkungan luar jika suhu dan kelembabannya tidak sesuai dengan yang dibutuhkan maka buah stroberi yang dihasilkan tidak sesuai yang diharapkan karena pohonnya akan menjadi kerdil, tidak segar dan sulit untuk menghasilkan buah. Adapun suhu yang diperlukan oleh stroberi yaitu berkisar antara 17 o C-22 o C, dan kelembaban yang dibutuhkan yaitu berkisar 80%-90% RH. Untuk menanggulangi masalah diatas, Greenhouse merupakan salah satu jalan pemecahan bagi yang ingin menanam stroberi. Stroberi yang ditanam dalam Greenhouse tidak berhubungan langsung dengan alam. Sehingga kita dapat mengontrol keadaan tanaman dengan mengukur tingkat kelembaban dan suhu udara pada Greenhouse. Mengacu pada latar belakang diatas maka Rancang Bangun Alat Pengatur Suhu Dan Kelembababan Pada Greenhouse Untuk Tanaman Stroberi Berbasis Mikrokontroller Atmega 8535 diangkat sebagai judul tugas akhir. 1.2. PERUMUSAN MASALAH 1. Bagaimana merancang pengendalian suhu dan kelembaban pada Greenhouse berbasis mikrokontroller Atmega 8535 untuk tanaman stroberi. 2. Bagaimana mendapatkan suhu dan kelembaban yang mendekati stabil dan sesuai dengan set point yang sudah ditentukan.
1.3. BATASAN MASALAH Karena luasnya permasalahan yang ada, maka pembahasan masalah dalam tugas akhir ini harus dibatasi guna menghindari kesalahpahaman dan penyimpangan, maka batasan masalah tugas akhir ini yaitu : 1. Alat ini berupa miniatur Greenhouse berbentuk kotak dengan ukuran panjang 110 cm, lebar 60 cm, dan tinggi 80 cm, Alat ini berfungsi menjaga kelembaban udara dan suhu dalam Greenhouse. 2. Sensor yang digunakan berupa modul sensor yaitu SHT11 yang merupakan sensor untuk mengukur kelembaban dan suhu, pendingin untuk menurunkan suhu, dan sprayer sebagai pengendali kelembaban. 3. Tampilan di LCD berupa nilai suhu dan kelembaban dimana komunikasinya menggunakan port serial. 4. Tidak membahas secara mendalam mengenai pemrograman mikrokontroller. 1.4. TUJUAN TUGAS AKHIR Maksud dari tugas akhir ini adalah membuat simulasi mengenai pengaturan suhu dan kelembaban pada Greenhouse secara otomatis. Seberapa tinggi tingkat suhu dan kelembaban dalam Greenhouse yang terukur, jika suhu ataupun kelembaban yang terdeteksi melebihi atau kurang dari set point yang telah ditentukan maka kemudian akan mengaktifkan aktuator agar suhu maupun kelembaban yang dihasilkan sesuai dengan yang dibutuhkan oleh tanaman stroberi.tujuan pembuatan tugas akhir ini adalah memperoleh suatu sistem yang dapat mengukur suhu, kelembaban, serta mengendalikan suhu dan kelembaban dalam Greenhouse. Tujuan dari proyek tugas akhir ini adalah : 1. Untuk menyelesaikan permasalahan proses pengaturan suhu dan kelembaban pada Greenhouse untuk tanaman stroberi 2. Menjelaskan dan memahami sensor yang digunakan yaitu sensor suhu dan kelembaban 3. Merancang alat yang bekerja efektif dan efisien 4. Sebagai salah satu syarat menyelesaikan perkuliahan di Politeknik Negeri Medan.
1.5. MANFAAT TUGAS AKHIR Adapun manfaat dari pembuatan proyek tugas akhir ini adalah : 1. Sistem pengendalian yang digunakan alat dapat diterapkan untuk menanam stroberi yang menggunakan Greenhouse sebagai lokasi tanam 2. Memahami proses pengaturan suhu dan kelembaban pada Greenhouse 3. Dapat memperdalam pengetahuan tentang sensor dan penerapannya. 1.6. METODE PENYELESAIAN MASALAH Proyek tugas akhir ini bersifat simulasi yakni merancang dan membuat suatu alat agar dapat bekerja sesuai dengan perancanaan. Untuk mewujudkan pembuatan tugas akhir ini, maka dilalui tahap-tahap sebagai berikut : a. Studi Literatur Mempelajari tentang Greenhouse dan penunjang lain dalam pembuatan proyek tugas akhir ini dari buku dan sumber terkait. b. Perancangan dan pembuatan perangkat keras Greenhouse. c. Perancangan dan pembuatan perangkat keras elektronik. d. Konsultasi dengan dosen pembimbing Dilakukan untuk mencari kekurangan yang ada pada sistem dan memperbaikinya serta mengarahkan pada langkah berikutnya. e. Tahap pengujian Pengujian terhadap alat dilakukan untuk melihat apakah sistem yang telah dibuat dapat berjalan dengan baik sekaligus mencari kesalahan yang masih ada agar dapat diperbaiki. f. Penyusunan laporan Tugas Akhir. 1.7. SISTEMATIKA PENULISAN Sistematika yang digunakan pada tugas akhir ini adalah :
BAB I : PENDAHULUAN Bab ini berisi uraian singkat mengenai latar belakang permasalahan, perumusan masalah, maksud dan tujuan penelitian, batasan masalah, metode penelitian serta sistematika penulisan. BAB II : LANDASAN TEORI Bab ini berupa uraian konsep dan teori dasar secara umum yang mendukung dalam pemecahan masalah, baik yang berhubungan dengan sistem maupun perangkat. BAB III : PERANCANGAN SISTEM Pada bab ini dibahas mengenai perancangan dan realisasi perangkat keras maupun perangkat lunak yang digunakan pada sistem. BAB IV : ANALISIS MASALAH Bab ini menguraikan pengujian dan analisa prinsip kerja sistem yang telah diimplementasikan. Pengujian sistem akan mengacu pada spesifikasi yang telah disebutkan untuk mengetahui apakah hasil rancangan sesuai dengan spesifikasi. BAB V : PENUTUP Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran terhadap hasil yang diperoleh dari pengerjaan tugas akhir yang telah dilakukan beserta membicarakan saran-saran untuk pengembangan lebih lanjut sistem ini. 1.8. CARA KERJA RANGKAIAN Sistem bekerja untuk mengendalikan kelembaban dan suhu udara pada Greenhouse yaitu untuk menjaga dan mengatur kondisi kelembaban dan suhu bagi tanaman stroberi, agar tanaman yang terdapat didalamnya memiliki kelembaban dan suhu konstan sesuai dengan yang dibutuhkan, serta mempermudah dalam mengontrol kelembaban dan suhu untuk menanam stroberi di dataran rendah. Alat ini bekerja saat kelembaban dan suhu yang terukur dalam Greenhousenya kurang dari set point yang ditentukan, sehingga kontroller mengolah data tersebut agar aktuator bekerja
mengaktifkan sprayer untuk menaikkan kelembaban udaranya dan menjalankan pendingin jika suhu yang terukur terlalu panas, alat juga akan bekerja jika suhu dan kelembaban mencapai level atau nilai dibawah dari set point yang telah ditentukan. Apabila kelembaban dan suhu yang terukur sudah sesuai dengan set point-nya maka aktuator akan berhenti. Sensor yang digunakan yaitu menggunakan SHT11 yang merupakan modul sensor suhu dan kelembaban, dimana sensor tersebut mengukur setiap waktu, untuk menjaga apabila terjadi perubahan tingkat kelembaban dan suhu yang terjadi pada Greenhouse.