BAB III METODE PENELITIAN DAN PERANCANGAN SISTEM 3.1 Metode Penelitian Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah cara mengendalikan kondisi air pada tangki hidroponik pada waktu tertentu, seperti misalnya pada saat pengecekan ketinggian air tiap waktu pada tangki hidroponik, dan penggantian air pada tangki. Untuk mengatur saat pergantian air, Solenoid valve digunakan sebagai pintu masuk air ke tangki hidroponik yang dikendalikan dengan modul relay untuk saat membuka valve dan saat menutup valve. Pada saat pengisian air, ketinggian air awasi melalui sensor ketinggian air. Untuk memberikan pewaktuan yang sesuai, RTC1307 digunakan dalam proses pengawasan air pada tangki hidroponik. Serta penggunaan LCD sebagai tampilan ketinggian air. 20
21 3.2 Rancangan Sistem Berikut merupakan gambar Blok Diagram pada sistem yang akan dibuat, ditunjukkan pada Gambar 3.1 : Sensor Kapasitif RTC DS1307 Arduino Mega 2560 LCD Modul Relay Solenoid Valve Gambar 3.1 Blok Diagram Dari gambar Blok Diagram tersebut terdapat beberapa input dan output yang digunakan antara lain : a. Input (Sensor) 1. Sensor Kapasitif : Digunakan untuk mendeteksi ketinggian air yang digunakan untuk mengetahui keadaan ketinggian air. 2. RTC DS1307 : Digunakan sebagai timer untuk waktu b. Output (Aktuator) pergantian air pada tangki hidroponik. 1. LCD : Digunakan untuk menampilkan informasi volume air.
22 2. Solenoid Valve : Digunakan sebagai pengendali aliran air yang keluar dari tangki hidroponik dan pengendali air masuk ke tangki hidroponik 3.3 Perancangan Mekanik Alat Dalam pembuatan mekanik pada tugas akhir ini dibuat tangki untuk tanaman hidroponik. Tangki ini berfungsi untuk menampung air nutrisi untuk tanaman hidroponik. Pada tangki ini terdapat pipa sebagai jalan masuk dan jalan keluarnya, solenoid valve sebagai pintu masuk dan pintu keluar air, sensor ketinggian air yang digunakan untuk mengetahui ketinggian air. Berikut perancangan alat dapat dilihat pada Gambar 3.2. Berikut adalah detail mengenai bahan-bahan dari tangki hidroponik: 1. Bak penampung air berbahan plastik. 2. Tatakan pot berbahan gabus. 3. Pot tanaman hidroponik berbahan plastik. 4. Media tanam berbahan roughwool. 5. Rangka penyangga berbahan almunium. 6. Pipa PVC berukuran ½. 7. Solenoid Valve 8. Power Supply 24 volt. 9. Kotak elektro berbahan plastik.
Gambar 3.2 Tampilan Keseluruhan Alat 23
24 3.3.1 DESAIN MEKANIK KESELURUHAN Gambar 3.3 Desain Mekanik Pada Gambar 3.3. Desain mekanik alat dapat dijelaskan sebagai berikut 2. Step 1 dilakukan pengecekan tangki, apabila tangki air kosong, maka pengisian air dimulai dengan membuka valve masuk air untuk menerima air dari tandon, sedangkan valve keluar air tetap tertutup. 3. Step 2 air pada tangki menyentuh sensor Penuh, valve masuk air akan menutup, dan valve keluar air juga akan menutup. 4. Step 3 pada saat waktu pengurasan terpicu, valve keluar air akan terbuka untuk mengeluarkan air pada tangki air, sedangkan valve keluar tetap tertutup. 5. Step 4 setelah air selesai melewati sensor air kurang, valve keluar air akan menutup. Dan melakukan pengecekan tangki lagi. Keterangan Dimensi Wadah Pada Desain Mekanik Diatas. Ukuran alat : 75 cm (panjang) x 50 cm (lebar) x 40cm (tinggi).
25 Bak Air(2 buah) : 70.5 cm (panjang) x 24 cm (lebar) x 20.1 cm (tinggi) Kotak Elektro (2 buah): 18 cm (panjang) x 11 (cm lebar) x 6.5 cm (tinggi) 3.3.2 DESAIN SKEMATIK ELEKTRO KESELURUHAN Perancangan tugas akhir ini diawali dengan melakukan perancangan perangkat keras yang menjadi satu buah sistem yang saling terintegrasi. Perancangan terdiri dari perancangan Arduino mega, perancangan solenoid valve, perancangan Relay, perancangan RTC1307, perancangan sensor kapasitif. Pada Gambar 3.4 dapat dilihat Schematic perancangan seluruh kontrol kondisi air secara otomatis pada tanaman hidroponik. LCD1 LM016L X1 1 VSS 2 VDD 3 VEE 4 RS 5 RW 6 E RV1 7 D0 8 D1 9 D2 10 D3 11 D4 12 D5 13 D6 14 D7 U1 12 P7 A2 11 P6 A1 10 P5 A0 9 P4 7 P3 INT 6 P2 5 P1 SDA 4 P0 SCL PCF8574A 3 2 1 13 15 14 6 1 SCL X1 5 SDA CRYSTAL 7 SOUT 3 2 VBAT X2 U2 DS1307 10K 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 14 15 16 17 18 19 20 21 DUINO1 5V 5V RESET AREF PB7/OC0A/OC1C/PCINT7 PB6/OC1B/PCINT6 PB5/OC1A/PCINT5 PB4/OC2A/PCINT4 PH6/OC2B PH5/OC4C PH4/OC4B PH3/OC4A PE3/OC3A/AIN1 PG5/OC0B PE5/OC3C/INT5 PE4/OC3B/INT4 TX0 PE1/TXD0/PDO RX0 PE0/RXD0/PCINT8 TX3 PJ1/TXD3/PCINT10 RX3 PJ0/RXD3/PCINT9 TX2 PH1/TXD2 RX2 PH0/RXD2 TX1 PD3/TXD1/INT3 RX1 PD2/RXD1/INT2 SDA PD1/SDA/INT1 SCL PD0/SCL/INT0 PA0/AD0 PA1/AD1 PA2/AD2 PA3/AD3 PA4/AD4 PA5/AD5 PA6/AD6 PA7/AD7 PWM COMUNICATION PC7/A15 PC6/A14 microcontrolandos.blogspot.com PC5/A13 PC4/A12 PC3/A11 PC2/A10 PC1/A9 PC0/A8 ATMEGA2560 16AU 1126 PD7/T0 PG2/ALE PG1/RD PG0/WR PL7 PL6 PL5/OC5C PL4/OC5B ANALOG IN PL3/OC5A PL2/T5 PL1/ICP5 PL0/ICP4 PB3/MISO/PCINT3 PB2/MOSI/PCINT2 PB1/SCK/PCINT1 PB0/SS/PCINT0 PF0/ADC0 PF1/ADC1 PF2/ADC2 PF3/ADC3 PF7/ADC7/TDI PF6/ADC6/TDO PF5/ADC5/TMS PF4/ADC4/TCK PK0/ADC8/PCINT16 PK1/ADC9/PCINT17 PK2/ADC10/PCINT18 PK3/ADC11/PCINT19 PK4/ADC12/PCINT20 PK5/ADC13/PCINT21 PK6/ADC14/PCINT22 PK7/ADC15/PCINT23 DIGITAL 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 R3 10k R2 10k R1 10k Sensor Penuh Sensor Cukup Sensor Penuh 24V RL1 G2R-14-DC5 RL2 G2R-14-DC5 KERAN AIR MASUK 4 2 6 8 5AR4 KERAN AIR KELUAR 4 2 6 8 5AR4 A0 A1 A2 A3 A7 A6 A5 A4 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 ARDUINO MEGA2560 R3 Gambar 3.4 Skematik Perancangan Keseluruhan Sistem
26 3.4 Prosedur Evaluasi 3.4.1 Desain dan Uji Coba Desain dari sistem yang akan di rancang tidak lepas dari studi literatur yang didapat baik dari buku, internet, maupun konsultasi terhadap dosen pembimbing. Uji coba akan menggunakan beberapa miniatur wadah-wadah kosong. 3.4.2 Evaluasi Evaluasi berisi uraian tentang proses posisi air dan kontrol air pada tangki hidroponik secara otomatis. 1. Sistem dapat mengetahui posisi level air. 2. Sistem dapat mengetahui merespon saat air pada tangki hidroponik dikurangi secara manual. 3.4.3 Bagian Komponen Alat Gambar 3.5 Bagian Komponen Alat
27 3. Valve masuk air dari penampung nutrisi 4. Pot tanaman. 5. Tempat pot tanaman yang berfungsi menahan pot. 6. Tangki hidroponik yang berfungsi untuk menampung cairan nutrisi. Pada tangki ini terdapat sensor kapasitif yang berfungsi untuk mengetahui kondisi level air. 7. Valve keluar air yang berfungsi untuk menahan air dan berfungsi sebagia pintu keluar. 8. Kotak elektro yang berfungsi untuk melindungi komponen elektro yang diletakkan didalamnya. Didalam wadah tersebut terdapat komponen: a. Mikrokontroler Arduino Mega yang berfungsi sebagai pengontrol. b. RTC1307 yang berfungsi sebagai pewaktu. c. Rangkaian driver relay sebagai driver untuk solenoid valve. d. LCD 16x2 e. LCD I2C backpack 9. Kotak elektro yang melindungi power supply. 3.4.4 Ukuran Dimensi Alat Setelah semua komponen tambahan dari penelitian ini dipasangkan ukuran dimensi dari alat: Ukuran alat : 75 cm (panjang) x 50 cm (lebar) x 40cm (tinggi). Bak Air(2 buah) : 70.5 cm (panjang) x 24 cm (lebar) x 20.1 cm (tinggi) Kotak Elektro (2 buah): 18 cm (panjang) x 11 (cm lebar) x 6.5 cm (tinggi)
28 3.4.5 Struktur Material Alat Bahan material yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan beberapa bahan diantaranya sebagai berikut : b. Bagian rangka: 1. Aluminium 2. Mur dan baut. 3. Bak Plastik c. Bagian dari penggerak alat 1. Solenoid Valve 24 volt 3.5 Pembuatan Perangkat Keras 3.5.1 Perancangan Microkontroler Arduino Pada tugas akhir ini dibuat beberapa buah pengendali menggunakan mikrokontroler keluaran pada perangkat lunak IDE Arduino 1.6.6, yaitu Arduino mega. Untuk menjalankan mikrokontroler ini diperlukan catu daya 5 volt sebagai tegangan circuit. Arduino Mega ini dirancang untuk microkontroler ATMega328. Berikut ini adalah gambar microkontroler arduino mega, dapat dilihat pada Gambar 3.6.
29 Gambar 3.6 Rangkaian Board Arduino Mega Arduino mega dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Eksternal (non-usb) dapat di ambil baik berasal dari AC ke adaptor DC atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan mencolokkan plug jack pusat-positif ukuran 2.1mm konektor power. Ujung kepala dari baterai dapat dimasukkan kedalam ground dan Vin pin header dari konektor power. Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board arduino mega adalah 7 sampai dengan 12 volt, jika diberi daya kurang dari 7 volt kemungkinan pin 5volt. Arduino Mega dapat beroperasi tetapi tidak stabil kemudian jika diberi daya lebih dari 12volt, regulator tegangan bisa panas dan dapat merusak board arduino mega. Berikut adalah konfigurasi pin I/O yang digunakan pada Tabel 3.1.
30 Tabel 3.1 Konfigurasi pin I/O pada mikrokontroler Pin I/O Fungsi Vcc Power 5 volt Port COM 20 LCD I2C & RTC1307 Port COM 21 LCD I2C & RTC1307 Port Digital 22 Sensor air penuh Port Digital 24 Sensor air setengah Port Digital 26 Sensor air kurang Port Digital 51 Solenoid Masuk Port Digital 53 Solenoid Keluar 3.5.2 Rangkaian Sensor Kapasitif Rangkaian ini dibuat berdasar rangkaian resistor pull-up yang dirangkai sedemikian rupa sehingga dapat digunakan sebagai sensor ketinggian air yang kemudian output dari rangkaian tersebut digunakan sebagai pemicu, seperti pada Gambar 3.7.
31 Gambar 3.7 Skematik Perancangan Rangkaian Sensor Kapasitif 3.5.3 Perancangan LCD (Liquid Crystal Display) Pada perancangan LCD juga diletakkan di atas box yang telah dibuat. Tujuan LCD diletakkan di dalam box untuk memudahkan pengguna melihat informasi yang ditampilkan LCD sesuai dengan program yang diinginkan. Sedangkan komponen I2C LCD diletakkan di dalam box, sama dengan mikrokontroler-mikrokontroler yang digunakan pada perancangan. Tujuan LCD dan I2C LCD diletakkan pada box agar pengaturan komponen lebih rapi dan tidak membutuhkan kabel panjang. Rancangan elektronika ditunjukkan pada Gambar 3.8.
32 Gambar 3.8 Skematik Perancangan LCD (Liquid Crystal Display) 3.6 Perancangan Rangkaian Solenoid Valve Pada alat ini juga digunakan Solenoid Valve digunakan sebagai pintu masuk air ke tangki hidroponik yang dikendalikan dengan modul relay untuk saat membuka valve dan saat menutup valve.
33 Gambar 3.9 Skematik Perancangan Solenoid Valve 3.7 Perancangan Perangkat Lunak Selain perancangan perangkat keras (hardware), dibutuhkan juga perancangan perangkat lunak (software). Perancangan ini dilakukan dengan tujuan agar sistem berjalan sesuai dengan keinginan. 3.7.1 Perancangan Program Tangki Hidroponik
34 Start Deklarasi Variabel Tangki Kosong? Ya Sensor_Penuh Tidak Terpicu? Ya Buka Valve_Masuk Tidak Tidak Tidak Tutup Valve_Masuk Cek waktu pengurasan Ya Sensor_Kurang Terpicu? Ya Buka Valve_Keluar Tidak Tutup Valve_Keluar Gambar 3.10 Flowchart Program Tangki Hidroponik Proses yang dilakukan program tangki hidroponik dapat dilihat pada flow chart gambar 3.10. Program di mulai dari deklarasi variabel input dan output
35 yang digunakan. Kemudian pengecekan bak dilakukan. Ketika bak tidak kosong, maka cek pengurasan akan dilakukan. Jika bak kosong, pengisian akan dilakukan. Pada saat pengisian bak, mikrokontroler akan menunggu input dari sensor yang terpasang pada bak. Ketika air pada bak belum menjangkau titik maksimum dari sensor, proses pengisian akan terus berlanjut. Jika air pada bak telah menjangkau titik maksimum pada sensor, maka proses pengisian akan berakhir dan beralih pada tahap selanjutnya. Setelah dua minggu dari waktu setting akan dilakukan pengurasan.. Ketika masih belum memenuhi waktu yang telah ditentukan, proses akan berlanjut ke pengecekan bak. Jika sudah mencapai waktunya, maka pengurasan akan dilakukan. Setelah proses pengurasan selesai dilakukan, proses dilanjutkan kembali pada tahap pengecekan bak.