Rancang bangun sistem irigasi secara nirkabel menggunakan radio frekuensi nRF24L01 berbasis IoT
advertisement
Jurnal Nasional Teknik Elektro, Vol...., No..., Bulan 20XX p-ISSN: 2302-2949, e-ISSN: 2407 - 7267 Rancang bangung Sistem Irigasi Sawah Secara Sederhana Menggunakan nRF24L01 Berbasis IoT Danyang Arif Prayogo1, Fikra titan Syifa2* dan Muntaqo Alfin amanaf3 1,3 Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Telekomunikasi dan Elektro, IT Telkom Purwokerto 2 Program Studi Studi S1 Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Telekomunikasi dan Elektro, IT Telkom Purwokerto * Corresponding author, e-mail: [email protected] Abstrak—Padi merupakan tanaman pokok bagi sebagian besar masyarakat Indonesia. Sawah beririgasi, mampu menghasilkan produksi padi nasional cukup besar sehingga diperlukan sistem pengairan irigasi agar dapat memaksimalkan hasil panen dan juga minimnya jaringan internet pada area persawahan. Telah dilakukan penelitian sistem yang dapat memonitoring irigari pada persawahan secara sederhana menggunakan modul nRF24L01 sehingga menjadikan dua rangkaian yang berfungsi sebagai transmitter dan receiver. Hasil pengujian sensor soilmoisture dapat mendeteksi kelembapan pada tanah dalam kondisi kering 0% kondisi lembap 53% dan kondisi basah 75%, watersensor dapat mendeteksi ketinggan air pada irigasi dengan status kosong, rendah, sedang, dan tinggi. Motor servo dapat berputar untuk membuka pintu irigasi apabila kelembapan yang dideteksi mencapai kurang dari 60% dan akan menutup apabila kelembapan sudah mencapai lebih dari 71%. Modul nRF24L01 mampu mengirimkan pesan dengan jarak sampai dengan 1,1 km. Kata Kunci : padi, soilmoisture, watersensor, motor servo, Arduino nano Abstract—Rice is a staple crop for most Indonesians. Paddy fields are irrigated, able to produce a large enough national rice production so that the irrigation system is required to maximize the harvest and also lack of internet in paddy fields. The research system has been done that can monitor Irigari on rice fields simply using the nRF24L01 module so as to make two circuits that serve as transmitter and receiver. Soilmoisture sensor test result can detect moisture in soil in dry condition 0% moist condition 53% and wet condition 75%, Watersensor can detect altitude of water in irrigation with empty, low, medium, and high status. The servo Motor can rotate to open the irrigation door when the detected humidity reaches less than 60% and will close when the humidity has reached more than 71%. The nRF24L01 module is capable of sending messages with a distance of up to 1.1 km. Keywords : Rice, soilmoisture, watersensor, servo motor, Arduino Nano 1. Pendahuluan Template Tanaman padi merupakan tanaman yang mempunyai peranan penting bagi masyarakat Dunia. Padi merupakan bahan pangan pokok bagi sebagian besar warga Indonesia. Hal tersebut menjadikan padi sebagai tanaman pangan terbanyak yang dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia[1]. Pada tahun 2011 sawah beririgasi, mampu menghasilkan produksi padi nasional sampai 85 % dan 15 % dihasilkan dari lainnya. Hal ini membuktikan bahwa sawah irigasi sangat penting, dalam menentukan produksi beras nasional. Oleh karena itu air irigasi harus dikelola secara tepat agar berfungsi dengan baik secara berkelanjutan dan air irigasi tersedia sepanjang tahun secara terus menerus[2]. Luas lahan sawah Indonesia pada 2016 mencapai 8,19 juta hektar (ha) atau meningkat 1,16% dari tahun sebelumnya. Berdasarkan data Kementerian Pertanian, jumlah tersebut terdiri 4,78 juta ha merupakan sawah irigasi dan 3,4 juta ha sawah non irigasi. Data tersebut menunjukan bahwa peranan sawah irigasi sangat penting dalam mewujudkan kedaulatan pangan[3]. Disetiap tahunnya, terdapat beberapa kejadian gagal panen yang diakibatkan sistem irigasi yang buruk. Contoh kasus, pada daerah Lampung tengah tidak adanya pasokan air yang ditujukan ke ratusan hektar sawah yang ada di Received date, Revised date, Accepted date https://doi.org/10.25077/xxxxx This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License. Penulis pertama: Jurnal Nasional Teknik Elektro, Vol...., No..., Bulan 20XX bagian timur kampong Bumi Setia mengakibatkan dalam tiga tahun terakhir mengalami kegagalan panen[4]. Kebutuhan air sangatlah mempengaruhi keberhasilan dalam bertanam padi. Untuk dapat mencapai hasil yang maksimal diperlukan pengairan yang teratur agar tidak terjadi kegagalan panan. Salah satunya dengan mengontrol pasokan air dari irigasi, jaringan irigasi sebagai media untuk memenuhi kebutuan air pertanian perlu dikelola secara efektif dan efisien, satu cara pengelolaan air bawah tanah dan dari sungai agar dapat dimanfaatkan secara optimal. Pengaturan irigasi yang baik harus mendistribusikan air yang dapat mengkondisikan kesuburan tanah dalam jumlah yang cukup bagi tanaman secara merata, serta meminimalisir adanya genangan air yang berlebihan[5]. Saat ini teknologi dan jaringan internet sudah sangat luas, menurut Kementerian Komunikasi dan Informatika menyebutkan hingga saat ini penetrasi jaringan internet di Indonesia sudah menjangkau ke tingkat desa. Menurut data, sudah 55,5% desa dari total desa di Indonesia yang bisa mengakses jaringan internet[6]. 2. Tinjauan Pustaka Pada tahun 2018 penelitian Aly Nur Ariana dan Zainal Abidin yang berjudul “Rancang Bangun Sistem Irigasi Pembibitan Pengkondisian Lahan Padi Berbasis Atmega328 Dan Monitoring Jarak Jauh Dengan Radio Frekuensi 433 Mhz” peneliti mengembangkan suatu sistem irigasi sawah otomatis untuk membuka dan menutup pipa distribusi air secara otomatis dengan bantuan mikrokontroler ATmega328 sebagai pusat pengendali sistem dan dapat dimonitor dari dari jarak jauh tanpa kabel. Sensor yang digunakan antaranya soil moisture yang berfunsi sebagai pendeteksi kelembapan tanah sawah, ultrasonic sebagi pendeteksi tinggi rendahnya air pada irigasi dan motor servo untuk penggerak pintu air irigasi. Dari hasil pembacaan sensor tersebut akan diolah oleh mikrokontroler kemudian dikirimkan melalui radio frekuensi supaya dapat memberikan informasi kepada pemilik lahan tenang lahan sawah dan irigasinya. Pada hasil penelitian tersebut sensor ultrasonik dan pengukuran penggaris / meteran menunjukan bahwa sensor ultrasonik kurang presisi, jika sensor mengalami kesalahan sedikit saja maka error yang didapatkan langsung besar, hal ini dapat disimpulkan bahwa sensor ultrasinik tidak dapat digunakan dengan baik[5]. Pada tahun 2018 penelitian pujiarti yang berjudul “Implementasi Real Time Monitoring Lahan Pertanian Pada Tanaman Padi Menggunakan Smart Sensor” Metode yang dipakai dalam penelitian dengan menggunakan beberapa parameter yaitu perubahan kelembapan udara, temperatur, pH, kelembapan tanah dan intensitas cahaya. Data dari setiap sensor akan tersimpan pada database dan petani akan menerima notifikasi monitoring lahan pertanian berupa SMS Gateway. Sensor ini akan diletakkan di beberapa lokasi pada lahan pertanian untuk meningkatkan keakuratan pengukuran. Berdasarkan pengujian yang dilakukan semua sensor memberikan nilai yang stabil. Hasil dari pengujian sistem ini sudah sesuai dengan perancangan dan semua sensor menunjukkan hasil monitoring yang berjalan dengan baik[1] Pada tahun 2017 penelitian Muhammad Shadri dan wildian yang berjudul “Rancang Bangun Alat Transmisi Data Temperatur Gunung Api Menggunakan Transceiver nRF24L01+LNA” Penelitian ini merancang bangun alat transmisi temperatur gunung api menggunakan sistem telemetri nirkabel sensor berbasis Arduino Uno R3. Perangkat keras sistem ini terdiri dari satu unit transmitter yang dilengkapi oleh sensor LM35 dan satu unit receiver yang terhubung dengan pemograman LabView pada PC. Semua unit dikendalikan dengan menggunakan Arduino Uno R3. Data temperatur dikirim oleh unit transmitter ke unit receiver menggunakan transceiver nRF24L01+ yang memanfaatkan gelombang radio sebagai media pengiriman. Hasil pengujian sensor LM35 meperlihatkan bahwa hubungan antara tegangan keluaran sensor dengan temperatur adalah linear dengan nilai koefisien korelasi sebesar 0,9987. Pengujian transceiver nRF24L01+ pada kondisi tanpa penghalang atau line of sight (LOS) diperoleh jarak maksimum sebesar 1,1 km. Pengujian transceiver nRF24L01+ pada kondisi dengan penghalang atau non line of sight (NLOS) pada posisi datar diperoleh jarak maksimum 258 m. Pada posisi tak datar transceiver nRF24L01+ bekerja maksimum pada sudut kemiringan sebesar 7,30° yaitu dengan jarak transmisi 329,67 m. Pada sudut kemiringan lebih besar dari 7,30° maka jarak transmisi akan berkurang[7] Pada tahu 2014 penelitian Pico Saputra tentang “Prototype Sistem Pengaturan Pintu Air Otomatis https://doi.org/10.25077/xxxxx jnte.ft.unand.ac.id Pada Bendungan Sebagai Pengendali Banjir” Pintu bendungan salah satu upaya dalam mengatasi masalah luapan air yang terjadi akibat banjir. Peningkatan sistem kontrol pintu bendungan dapat memaksimalkan kinerja pengelolaan air. Pada perancangan tersebut menggunakan 2 pintu air otomatis dalam satu bendungan, proses buka tutup pintu sendiri berdasarkan dari ketinggian air dan laju debit air pada bendungan. Sensor yang digunakan pada perancangan ini adalah water sensor untuk mengukur ketinggian air, mikrokontroller ATMega8535 sebagai sistem pengendali dan motor DC sebagai pembuka dan penutup pintu air. Hasil proses pengaturan pintu air untuk pemilihan pembukaan pintu air berjalan dengan baik[8]. 3. Metode 3.1 Diagram Blok Sistem Pada penelitian in telaah dilakukan perancangan system dengan menggunakan dua buah perangkat yaitu perangkat pengirim (transmitter) dan perangkat penerima (reciver). nRF24L01 PA+LNA. Ketika sensor kelembapan tanah mendeteksi kondisi tanah yang kering pada sawah, maka mikrokontroler akan menggerakan motor servo untuk membuka pintu air pada irigasi. Water sensor memiliki fungsi untuk membaca ketinggian air pada pintu irigasi. Di bawah ini merupaka rangkaian perangkat dari sisi pengirim (transmitter). Gambar 2 Rangkaian Pengirim (transmitter) Smartphone Internet NODE MCU nRF24L01 PA+LNA (Receiver) Gambar 3 Blok Diagram sisi penerima (reciver) nRF24L01 PA+LNA Rx (Transmitter) Sensor Water Level ARDUINO NANO Motor Servo Sensor Soil Moisture Gambar 1 Blok Diagram sisi penngirim (transmitter) Berdasarkan gambar diagram blok diatas, merupakan bagian pengirim yang terdapat dua buah sensor digunakan sebagai inputan. Yaitu Water sensor, dan sensor soil moisture serta terdapat motor servo yang berfungsi untuk menggerakan pintu air pada irigasi. Water sensor yang memiliki fungsi untuk mengukur ketingian air yang ditempatkan pada dinding irigasi. Motor servo memiliki poros yang dapat berputar yang berfungsi sebagai alat buka tutup pada pintu air irigasi, agar laju air dapat dikontrol secara teratur berdasarkan hasil pembacaan dari sensor kelembapan tanah. Sensor soil moisture digunakan untuk mendeteksi kelembapan pada tanah, kemudian dari informasi tersebut akan di kontrol oleh mikrokontroler dan dikirimkan melalui https://doi.org/10.25077/xxxxx jnte.ft.unand.ac.id Dari gambar 3 diagram blok diatas untuk rangkaian penerima menggunakan modul nRF4L01 PA+LNA sebagai unit yang menerima gelombang radio dan meneruskan kepada mikrokontroler node MCU untuk dekelolah. Dari informasi yang diterima node MCU akan mengirimkan informasi tersebut ke database melalui internet sehingga informasi dapat di dilihat pada aplikasi smartphone. Pada gambar 4 di bawah ini merupakan skematik rangkaian penerima (reciver). Gambar 4 Skematik Rangkaian Penerima (reciver) 3.2 Perancangan Perangkat Lunak Pada perancangan perangkat lunak (software) Rx Penulis pertama: Jurnal Nasional Teknik Elektro, Vol...., No..., Bulan 20XX yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan program yang sudah disediakan untuk mikrokontroler dalam membuat atau memproses printah yang diinginkan. Dalam pembuatan program dibutuhkan pengcodean khusus untuk dapat dibaca oleh sebuah mikrokontroler. Program atau pengcodean yang digunakan untuk memberikan perintah pada mikrokontroler yaitu dengan menggunakan Bahasa C yang dapat dilakukan dengan aplikasi yang sudah disediakan oleh Arduino yaitu Arduino IDE versi 1.8.9. Selain itu penelitian ini membuat agar informasi – informasi yang sudah dikelolah oleh mikrokontroler dapat dilihat pada smartphone. Aplikasi ini dibuat khusus untuk mengetahu informasi – informasi yang sudah dilakukan oleh mikrokontroler. Untuk pembuatan aplikasi tersebut dibutuhkan web-beased service secara online salah satu aplikasi yang digunakan adalah MIT App Inventor, aplikasi ini sangat mudah dipelajari dan sangat simpel untuk digunakan. Database yang digunakan untuk komunikasi smartphone dan Node MCU yaitu firebase. Google firebase digunakan sebagai perantara atau wadah bagi informasi – informasi yang dikirimkan oleh Node MCU sehingga dapat ditampilkan pada aplikasi semartphone dan dapat dilihat secara real time Gambar 6 Rangkaian Penerima (reciver) Gambar diatas merupakan rangkaian pengirim yang terdiri dari nRF24L01+. nRF24L01 digunakan sebagai receiver dari pengiriman informasi pada rangkaian pengirim. Mikrokontroler yang digunakan adalah NodeMCU dikarnakan NodeMCU dapat disambungkan keinternet sehingga dapat dimonitoring dari smartphone. 4.1 Pengujian Sensor Soilmoisture Pengujian soilmoisture bertujuan untuk mengetahui bahwa soilmoisture dapat berfungsi dengan baik atau tidak. Pada pengujian soilmoisture dilakukan dengan dua tahapan yaitu pada tanah lembap dan tanah basah. 4. Hasil dan Pembahasan Pada penelitian ini menggunakan dua perancangan yaitu perancangan pada rangkaian pengitim (transmitter) dan perancangan pada rangkaian penerima (receiver). Pada gambar dibawah ini merupakan gambar rangkaian pada sisi pengirim (transmitter). Gambar 5 Rangkaian Pengirim (transmitter) Tabel 1 Hasil Pengukuran pada Tanah Kering Nilai Pengujian KeKeadaan Pembacaan Sensor 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 Lembab Lembab Lembab Lembab Lembab Lembab Lembab Basah Basah Basah Basah Basah Basah Basah 60 % 60 % 60 % 60 % 60 % 60 % 60 % 70 % 70 % 70 % 70 % 70 % 70 % 70 % 4.2 Pengujian Konektifitas Radio https://doi.org/10.25077/xxxxx jnte.ft.unand.ac.id Pada pengujian konektifitas radio berdasarkan jarak ini menggunakan bazzer dan lcd sebagai penanda apabila menerima data dari receiver. Data yang dikirim dari transmitter berupa text nrftest, apabila receiver menerima data text nrftest maka akan merespon dengan bunyi buzzer dan tulisan pada lcd TERKONEKSI. Tabel 2 di bawah ini merupakan hasil pengujian pada tiap jarak. Tabel 2 Pengujian Jarak Jarak Kode (meter) Terima 1 100 nrftest Terkirim 2 200 nrftest Terkirim 3 300 nrftest Terkirim 4 400 nrftest Terkirim 5 500 nrftest Terkirim 6 600 nrftest Terkirim 7 700 nrftest Terkirim 8 800 nrftest Terkirim 9 900 nrftest Terkirim 10 1000 nrftest Terkirim 11 1100 nrftest Terkirim 1110 - Tidak Pengujian ke 12 Status Data Terkirim Berdasarkan tabel 4.8 pengujian radio dapat bekerja dengan mengirimkan data yang berupa text nrftest sejauh 1100 meter dengan adanya indicator buzzer berbunyi dan lcd memunculkan tulisan TERKONEKSI. Pada pengujian selanjutnya yaitu sejauh 1110 meter radio tidak dapat menerima data dari receiver sehingga buzzer tidak berbunyi dan lcd tidak menampilkan tulisan apapun. 5. Kesimpulan Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Kelembapan sawah dapat dimonitoring dari jarak jauh melalui semartphone dan pintu air dapat membuka atau menutup secara otomatis dengan membaca kelembapan pada tanah sawah. 2. Radio dapat berkomunikasi secara maksimal yaitu dengan jarak terjauh mencapai 1100 m https://doi.org/10.25077/xxxxx jnte.ft.unand.ac.id sesuai yang tertera pada datasheet. 3. Pengiriman data yang dikirim adalah kelembapan tanah, dan kondisi air penerimaan data yang ditrima adalah kelembapan tanah dan juga kondisi air. Daftar Pustaka [1] Pujuarti, “Implementasi Real Time Monitoring Lahan Pertanian pada Tanaman Padi Menggunakan Smart Sensor,” Univ. Sumatera Utara, 2018. [2] N. Sutrisno and N. Heryani, “DUKUNGAN PEMBANGUNAN IRIGASI DAN LAHAN KERING TERHADAP KEMANDIRIAN PANGAN” pp. 30–48, 2015. [3] A. S. Putra, H. Sukri, and K. Zuhri, “Sistem Monitoring Realtime Jaringan Irigasi Desa (JIDES) Dengan Konsep Jaringan Sensor Nirkabel,” IJEIS (Indonesian J. Electron. Instrum. Syst., vol. 8, no. 2, p. 221, 2018. [4] W. Pamungkas, “Langganan Gagal Panen karena Irigasi Buruk,” lampost, 22-Dec-2018. [Online]. Available: https://www.kompasiana.com/taofikroby/5c1f9 e20ab12ae24ff0cdd56/langganan-gagal-panenkarena-irigasi-buruk. [5] A. N. Ariana and Z. Abidin, “Rancang Bangun Sistem Irigasi Pembibitan Pengkondisian Lahan Padi Berbasis Atmega328 Dan Monitoring Jarak Jauh Dengan Radio Frekuensi 433 Mhz,” J. Tek., vol. 10, no. 1, p. 999, 2018. [6] Daon, “Jaringan 4G Menjangkau 55,5% Desa di Indonesia,” kominfo, 2018. [Online]. Available: https://www.kominfo.go.id/content/detail/1523 9/jaringan-4g-menjangkau-555-desa-diindonesia/0/sorotan_media. [7] M. Shadri, “Rancang Bangun Alat Transmisi Data Temperatur Gunung Api Menggunakan Transceiver nRF24L01+,” J. Fis. Unand, vol. 6, no. 3, pp. 195–201, 2017.
