Sistem Monitoring Dan Controlling Air Nutrisi Aquaponik

KINETIK, Vol.1, No.1, Mei 2016, Hal. 39-46
ISSN : 2503-2259,
E-ISSN : 2503-2267
39
Sistem Monitoring Dan Controlling Air Nutrisi Aquaponik
Menggunakan Arduino Uno Berbasis Web Server
Amanda Fahmi Ma’arif*1, Ikhlal Aldhi Wijaya2, Nurulli Abdul Ghani3, Aldhyth Sugiharto
Wijaya4
1,2,3,4Universitas Muhammadiyah Malang
[email protected]*
Abstrak
Aquaponik merupakan sistem pertanian berkelanjutan mengombinasikan sistem
akuakultur dan hidroponik sebagai satu kesatuan sistem bersifat simbiotik. Dalam budidaya
sistem aquaponik faktor penting yang mempengaruhi perkembangan ekosistem adalah Derajat
Keasaman (PH) yang berdampak langsung pada daya serap nutrisi pada akar tanaman dan
perkembangan hewan yang hidup pada ekosistem. Faktor lain adalah Elektrokonduktivitas
(EC), kemampuan menghantarkan ion listrik dalam larutan ke akar tanaman. Derajat Keasaman
(PH) air normal untuk ekosistem aquaponik berksiar pada nilai 6-7, untuk EC berkisar pada nilai
0.8-1.2 ms/cm. Dari penelitian dihasilkan sebuah alat mampu memonitoring dalam bentuk web
server sekaligus melakukan otomatisasi dalam mengontrol kadar PH dan EC. Berdasarkan
hasil pengujian sistem diperoleh hasil sensor Analog PH Meter Kit dan Analog Electrical
Conductivity Meter mampu memonitoring air aquarium sesuai standar alat ukur yang digunakan
yaitu PH meter dan EC Solution. Sistem juga mampu mengontrol perubahan yang terjadi pada
air aquarium sesuai dengan standar PH dan EC.
Kata Kunci: Aquaponik, Arduino Uno, PH, EC.
Abstract
Aquaponics is a sustainable farming system that combines aquaculture and hydroponics
systems as an integrated system that is symbiotic. In an aquaponics system results from animal
excretion contained in this system will be used as natural nutrients hydroponic plants. As for the
animals that live on this system will also result in clean water that has been filtered naturally by
the plant roots. In the cultivation of an aquaponics system an important factor affecting the
development of the ecosystem is the degree of acidity (PH) which have a direct impact on the
absorption of nutrients in the roots of plants and development of animals that live in this
ecosystem. In addition, factors that are not less important is the electroconductivity (EC) is the
ability to conduct an electric ion in solution to the plant roots. The degree of acidity (pH) of water
that is normal for an aquaponics ecosystem at 6-7 and value for EC ranged in value of 0.8-1.2
ms / cm. From this study produced a tool that is capable of monitoring in the form of a web
server and conduct automatic action in controlling the levels of PH and EC. Based on the results
of system testing results obtained sensor Analog PH Meter Kit and Analog Electrical
Conductivity Meter capable of monitoring water tank in accordance with the standard
measurement tool used is PH meter and EC Solution and the system is also able to control the
changes that occur in the water tank in accordance with the standards of PH and EC.
Keywords: Aquaponics, Arduino Uno, PH, EC.
1. Pendahuluan
Upaya menambah luasan lahan pertanian sebagai solusi peningkatan ketahanan
pangan masih menemui banyak kendala. Salah satu kendala yang sering ditemui adalah
masalah kurangnya lahan untuk bercocok tanam. Seiring dengan perkembangan teknologi,
strategi penyediaan pangan mengalami kemajuan yang pesat. Teknologi aquaponik menjadi
salah satu solusi yang potensial untuk dikembangkan. Tumbuhan yang cocok untuk
dikembangkan dalam aquaponik adalah jenis sayuran dan buah-buahan yang berumur pendek
seperti selada, bayam, tomat, mentimun, paprika dan lain-lain. Sedangkan untuk ikan yang
Makalah dikirim 26 Februari 2016; Revisi 1 Mei 2016; Diterima 1 Juni 2016
40
ISSN: 2503-2259; E-ISSN: 2503-2267
dapat dikembangkan dengan sistem aquaponik ini adalah ikan yang tidak membutuhkan kadar
oksigen terlalu banyak seperti nila, koi, ikan mas, dan ikan hias lainnya [1,2].
Aquaponik adalah sistem budidaya tanaman yang dipadukan dengan budidaya ikan
dalam satu wadah bisa berupa kolam ataupun aquarium [2]. Dalam sistem aquaponik air yang
digunakan berupa air yang mengandung nutrisi. Faktor yang mempengaruhi air nutrisi adalah
Electroconduktivitas (EC) yaitu kemampuan untuk menghantarkan ion listrik yang ada dalam
larutan ke akar tanaman dan PH (Derajat Keasaman) yang mempengaruhi daya larut unsur
hara yang diserap oleh akar tanaman[2]. Kandungan PH dan EC yang ada dalam air yang
sewaktu-waktu berubah tentunya membutuhkan kontrol terhadap perubahan tersebut menjadi
normal kembali, agar tidak menggangu proses pertumbuhan pada tanaman dan ikan [3].
Adapun tujuan yang diharapkan dari hasil penelitian yaitu memberikan kemudahan
bercocok tanam sekaligus budidaya ikan dengan sistem yang mampu melakukan monitoring
dan otomatisasi air nutrisi aquaponik (PH dan EC) menggunakan Arduino Uno berbasis web
server.
Oleh karena itu, penelitian ini berfokus pada bagaimana membangun sistem monitoring
dan controlling air nutrisi aquaponik (PH dan EC) menggunakan Arduino Uno berbasis web
server.
2. Metode Penelitian
2.1. Arsitektur Sistem
Perancangan arsitektur sistem akan dijelaskan melalui diagram blok yang mewakili
rancangan dari perangkat keras.
Gambar 1. Rancangan Sistem
Pada Gambar 1 merupakan rancangan sistem monitoring dan controlling air nutrisi
aquaponik. Sistem mekanik secara keseluruhan dikontrol oleh mikrokontroller Arduino Uno.
Sensor Analog Electrical Conductivity (With Temperature Compensation) dan Analog PH Meter
Kit yang terpasang pada aquarium akan membaca data nilai PH dan EC yang terkandung
dalam air. Data yang dibaca sensor akan dikirim ke mikrokontroller Arduino Uno yang sudah
terintegrasi dengan modul Arduino Ethernet Shield dan kemudian diteruskan ke web server.
Setelah data masuk ke web server kemudian dilakukan report monitoring dari nilai EC dan PH
yang sebelumnya telah dibaca oleh sensor. Jika data PH dan EC yang terdeteksi berada pada
posisi yang tidak normal sistem akan melakukan aksi secara otomatis dengan menambahkan
cairan pengontrol melaui water pump yang di kontrol oleh modul Ln298n yang terintegrasi
dengan Arduino Uno [4,5]. Setelah dilakukan otomatisasi oleh sistem, data nilai EC dan PH
akan masuk ke web server dan ditampilkan pada menu report controlling. Pada tampilan web
dilengkapi dengan chart statiska dari sensor.
2.2. Flowchart
Perancangan perangkat dari sistem monitoring dan controlling air nutrisi aquaponik ini
dirancang dan digambarkan dalam bentuk flowchart. Berikut ini alur algoritma dari sistem dalam
bentuk flowchart :
KINETIK Vol. 1, No. 1, Mei 2016 : 39-46
KINETIK
ISSN: 2503-2259
41
Gambar 2. Flowchart Perancangan Sistem
Dari flowchart yang terdapat pada Gambar 2, dapat dijelaskan bahwa sistem pertama
kali membaca data dari sensor sebagai inputan data yang akan diproses oleh mikrokontroler
Arduino Uno. Data yang dibaca oleh sensor kemudian di kirim ke web server dan disimpan
dalam database. Selanjutnya data di tampilkan dalam bentuk chart statistik pada web. Selain itu
data juga terangkum dalam bentuk report monitoring. Apabila nilai data dari PH dan EC tidak
berada pada batas normal alert akan memberikan notifikasi dan sistem controlling akan bekerja
untuk melakukan penyesuaian EC ataupun PH. Selanjutnya data nilai EC dan PH yang telah di
kontrol oleh sistem akan masuk ke dalam report controlling.
3. Hasil Penelitian dan Pembahasan
3.1
Kebutuhan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak
Dalam pembuatan perangkat keras monitoring data sensor menggunakan beberapa
alat, yaitu:
1. 1 Unit Arduino Uno
2. 1 Unit Arduino Ethernet Shield
3. Analog Electrical Conductivity Meter (With Temperature Compensation)
4. Analog PH Meter Kit
5. 2 Unit Modul Ln298n
6. 4 Unit Motor DC (Water Pump)
7. 1 Unit Breadboard
8. Kabel Jumper
9. 1 Unit Kabel LAN
10. 1 Unit Acces Point
11. 1 Unit Adaptor/Power Supply 5 Volt
12. 2 Unit Adaptor 12 Volt 2 A
Untuk pembuatan Web Server monitoring data sensor menggunakan beberapa
perangkat lunak, yaitu:
1. Compiler Arduino
Sistem Monitoring Dan Controlling Air Nutrisi Aquaponik Menggunakan Arduino UNO..
Amanda Fahmi Ma’arif, Agus Eko Minarno
42
ISSN: 2503-2259; E-ISSN: 2503-2267
2. Web Browser
3.2
Implementasi Alat
Pada tahap ini akan dilakukan proses instalasi baik dari perangkat keras maupun
perangkat lunak yang akan digunakan. Semua modul dan sensor yang digunakan dirangkai
menjadi satu kesatuan sistem yang saling terhubung. Masing-masing modul dipasang dan
disusun sesuai dengan soket dari perangkat keras yang digunakan agar mampu bekerja untuk
memonitoring sekaligus mengontrol air nutrisi aquaponic.
Gambar 3 adalah proses pemasangan dari rangkaian perangkat keras yang akan
digunakan menghubungkan rangkaian sensor PH meter kit, Electrical Conductivity (with
Temperature Compensation), rangkaian motor driver yang terhubung dengan motor DC ke
Arduino Uno mengunakan breadboard dan kabel jumper seperti Gambar 3.
Gambar 3. Memasang Analog PH Meter Kit dan Analog Electrical pada Sistem Aquaponik
Installasi selanjutnya menghubungkan Ethernet Shield ke Acces Point menggunakan kabel LAN
tipe cross atau straight, seperti Gambar 3.
3.3.
Pengujian Sistem
Pada tahap ini akan dibahas tentang pengujian terhadap sistem baik perangkat keras
maupun perangkat lunak sistem. Komponen yang telah terintegrasi akan di uji secara terpisah
dan terintegrasi secara keseluruhan untuk memastikan sistem berjalan dengan baik. Pengujian
yang dilakukan pada tahap ini meliputi :
1. Pengujian Pengiriman Data Sensor Ke Web Server.
2. Pengujian Ketepatan Pembacaan Data Sensor dari Arduino Uno.
3. Pengujian Ketahanan Perangkat Keras.
4. Pengujian Pengiriman Data dan Jeda Waktu Pengiriman Data.
5. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan.
3.3.1.
Pengujian Pengiriman Data Sensor Ke Web Server
Pada tahap ini akan dilakukan pengujian terhadap data yang dibaca oleh sensor dan
dikirim ke web server. Setelah semua alat terpasang dan dihubungkan, berikut hasil dari
pengujian sistem.
Pada halaman utama terdapat 3 menu pilihan yang terletak di sebelah kiri yaitu
dashboard, report dan alert. Pada menu dashboard tersedia 3 tampilan chart monitoring yaitu
chart Derajat Keasaman (PH), chart Elektrokonduktivitas (EC) dan chart Temperature. Halaman
dashboard juga dilengkapi dengan pilihan untuk menyimpan chart dalam bentuk gambar
dengan format PNG, JPEG, SVG, dan PDF.
3.3.2. Pengujian Ketepatan Pembacaan Data Sensor Dari Arduino
Pada pengujian ini dilakukan pengecekan tingkat keakurasian data yang dibaca sensor
dengan alat ukur yang sesuai dengan sensor yang digunakan. Pengujian yang dilakukan pada
tahap ini menggunakan PH-Meter untuk mengukur apakah nilai yang dibaca PH-Meter sama
dengan nilai yang dibaca sensor. Sebelum pengujian dilakukan PH-meter dikalibrasi terlebih
KINETIK Vol. 1, No. 1, Mei 2016 : 39-46
KINETIK
43
ISSN: 2503-2259
dahulu menggunakan PH Buffer Powder 4.01 dan air deionisasi. Gambar 5 pengujian Analog
PH Meter Kit dan proses kalibrasi PH meter.
Gambar 4. Tampilan Halaman Utama (Dashboard)
Gambar 5. Proses Kalibrasi dan Pengujian Sensor PH
Setelah sensor terpasang selanjutnya melakukan pengecekan pada serial monitor
Arduino IDE dan halaman website. Jika nilai data yang dibaca sensor sudah sama dengan nilai
PH meter berarti sistem sudah berjalan dengan baik dan benar. Data hasil pengujian Analog
PH Meter Kit dan PH-Meter ditunjukan pada Tabel 1.
Tabel 1. Pengujian Analog PH Meter Kit.
Pengujian Ke 1
2
3
4
5
6
Sensor PH
4.0
4.0
4.0
4.0
4.0
4.0
Rata – Rata Error
PH-Meter
4.0
4.0
4.0
4.0
4.0
4.0
Error
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
Error = ((nilai sensor – nilai PH meter)/nilai PH meter)*100%
(1)
Pengujian kedua yaitu menguji sensor Elektrokonduktivitas dengan menggunakan
cairan EC Solution 12.88 ms/cm sebagai standar pengujian. Untuk mengetahui sensor sudah
membaca data dengan benar, nilai dari sensor sama dengan nilai cairan EC Solution. Gambar
6 proses pengujian sensor Elektrokonduktivitas.
Sistem Monitoring Dan Controlling Air Nutrisi Aquaponik Menggunakan Arduino UNO..
Amanda Fahmi Ma’arif, Agus Eko Minarno
44
ISSN: 2503-2259; E-ISSN: 2503-2267
Gambar 6. Proses Pengujian Sensor EC
Proses selanjutnya sama dengan pengujian PH yaitu melakukan pengecekan pada
serial monitor Arduino IDE dan chart pada website. Gambar 6 menunjukan nilai data yang
dibaca sensor sudah sama dengan nilai cairan EC Solution. Data hasil pengujian Electrical
Conductivity Meter dengan EC Solution ditunjukan pada Tabel 2.
Tabel 2. Pengujian Electrical Conductivity Meter
Pengujian Ke 1
2
3
4
5
6
Sensor EC
12.78
12.88
12.85
12.84
12.85
12.75
Rata–Rata Error
EC Solution
12.88
12.88
12.88
12.88
12.88
12.88
Error
0.77 %
0%
0.23 %
0.31 %
0. 23%
1.01 %
0.42 %
Error = ((nilai sensor – nilai EC Solution)/nilai EC Solution)*100%
(2)
Kesimpulan dari pengujian ketepatan pembacaan data sensor, nilai Derajat Keasaman
(PH) dan yang dibaca sensor sudah sesuai dengan standar alat ukur (PH Meter) yang
digunakan sedangkan untuk pengujian Elektrokonduktivitas (EC) didapat rata-rata error sebesar
0.42%.
3.3.3.
Pengujian Ketahanan Perangkat Keras
Pada pengujian tahap ini akan dilakukan pengujian performa dari sistem. Sistem akan
dijalankan dalam waktu 2 menit. pengujian ini dilakukan dengan melihat data yang masuk dari
sensor melalui serial monitor Arduino IDE dan menguji kinerja dari sistem controlling pada
motor DC. Dari pengujian ketahanan perangkat keras diperoleh data hasil pengujian seperti
yang ditunjukan pada Tabel 3. sistem dijalankan selama 2 menit. Pengujian dilakukan sebanyak
2 kali, untuk pengujian pertama dengan PH Meter Kit dan pengujian kedua dilakukan dengan
menggunakan Electrical Conductivity Meter. Data yang dikirim sensor sejumlah 46 data. Berikut
hasil data yang dibaca sensor dengan perhitungan rata-rata ditunjukan pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil Pengiriman Data dari Perangkat Keras ke Web Server
Percobaan Ke-
Rata-Rata PH
Pada Data
Ke1
4.29
12-13
26.62
1 - 50
2
4.29
12-13
26.19
50- 100
Dari Tabel 3 dapat ditarik sebuah kesimpulan sensor sudah bekerja secara konsiten
dalam membaca dan mengirim data ke web server.
3.3.4.
Rata-Rata EC
Rata-Rata Suhu
Pengujian Pengiriman Data dan Jeda Waktu Pengiriman Data
Pada tahap ini akan dilakukan pengujian pengiriman data dan waktu yang dibutuhkan
perangkat keras mengirim data ke web server. Pengujian ini bertujuan untuk melihat tingkat
KINETIK Vol. 1, No. 1, Mei 2016 : 39-46
KINETIK
45
ISSN: 2503-2259
kestabilan perangkat keras mengirim data ke web server. Dari pengujian pengiriman data dan
jeda waktu diperoleh hasil seperti yang ditampilkan pada Tabel 4.
Tabel 4. Hasil Pengujian Pengiriman Data dari Perangkat Keras ke Web Server
Percobaan
1
2
3
4
5
6
PH
Y
Y
Y
Y
Y
Y
SERIAL MONITOR
EC
TEMP
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
PH
Y
Y
Y
Y
Y
Y
WEB SERVER
EC
TEMP
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Dari tabel di atas nilai “Y” menunjukan data berhasil dikirim dan apabila data tidak
berhasil terkirim ditunjukan dengan “N”. Pada Tabel 4 dapat dilihat bahwa semua data yang
dibaca oleh sensor berhasil dikirmkan ke seb server dengan tidak mengalami error.
Tabel 5. Jeda Waktu Pengiriman Antar Data yang Dikirim
Percobaan
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Data Ke 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Waktu
16:36:38
16:36:39
16:36:40
16:36:42
16:36:43
16:36:44
16:36:46
16:36:47
16:36:49
16:36:49
Dari hasil pengujian diperoleh hasil seperti yang ditunjukan dalam bentuk tabel seperti
yang ditunjukan pada Tabel 4 dan Tabel 5 Dimana data yang telah dibaca oleh sensor berhasil
dikirim ke web server dengan jeda waktu pengiriman rata-rata 1 detik. Kesimpulan pada
pengujian ini data yang dibaca sensor berhasil terkirim ke web server dengan jeda waktu yang
stabil.
3.3.5.
Pengujian Sistem Secara Keseluruhan
Pada pengujian tahap ini akan dilakukan pengujian mulai dari pembacaan data oleh
sensor yang dikirim ke web server kemudian dilanjutkan dengan proses controlling yang akan
dilakukan pada dua tahap pengujian, pertama pengujian controlling motor DC terhadap nilai
Derajat Keasaman (PH) dan pengujian tahap dua terhadap motor DC dalam mengontrol
Elektrokonduktivitas (EC). Dari pengujian terhadap proses controlling Derajat Keasaman (PH)
dan Elektrokonduktivitas oleh motor DC, cairan controlling mampu mengendalikan terhadap
perubahan yang terjadi pada nilai Derajat Keasaman (PH) dan Elektrokonduktivitas serta
menjadikan nilai PH dan EC kembali stabil. Hasil dari pengujian ini di tampilkan dalam bentuk
tabel seperti yang ditunjukan pada Tabel 6.
Dari data Tabel 6 dapat dilihat hasil kerja dari sistem controlling mampu merubah dan
memberikan kestabilan dari nilai Derajat Keasaman (PH) dan Elektrokonduktivitas agar berada
pada batas normal.
4. Kesimpulan
Setelah semua tahap penelitian dilakukan, mulai dari pengkajian teori, perancangan sistem, dan
implementasi sistem, maka didapat hasil sebuah alat yang mampu memonitoring sekaligus
melakukan otomatisasi terhadap perubahan faktor yang mempengaruhi perkembangan
tanaman dan ikan pada aquaponik yaitu Derajat Keasaman (PH) dan Elektrokonductivitas (EC).
Dengan sistem aquaponik seperti yang telah dihasilkan pada penelitian ini dapat membantu
user untuk memonitoring PH dan EC dari jarak jauh sekaligus memberikan batasan agar
Sistem Monitoring Dan Controlling Air Nutrisi Aquaponik Menggunakan Arduino UNO..
Amanda Fahmi Ma’arif, Agus Eko Minarno
46
ISSN: 2503-2259; E-ISSN: 2503-2267
kondisi air pada aquaponik tetap stabil. Untuk pengembangan sistem monitoring dan controlling
air nutrisi aquaponik lebih lanjut dapat dikembangkan dalam lingkungan yang lebih luas agar
menghasilkan produk dalam jumlah yang lebih besar.
Tabel 6. Pengujian Controlling Motor DC
Pengujian Ke
PH Awal
PH Control
EC Awal
EC Control
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3.47
3.47
3.47
3.47
3.57
3.97
4.17
4.49
4.60
5.50
5.97
6.09
6.44
6.56
6.80
6.92
7.16
7.39
7.51
7.63
5.53
5.57
5.59
5.59
5.62
5.62
5.65
5.69
5.72
5.30
1.24
1.86
1.24
1.24
1.24
1.24
1.24
1.24
1.24
1.24
Refrensi
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Witasari, Aditya Nur (2011). “Studi Teknik Budidaya Elektronik Tanaman Pak Choy
(Brassica chinensis L.). Laporan Kuliah Kerja Profesi. Universitas Brawijaya Malang.
Sutiyoso, Yos (2003).”Meramu pupuk Hidroponik”.Jakarta: Penebar Swadaya.
Agung Nugroho, Ristiawan (2012). “Aplikasi Teknologi Akuaponik Pada Budidaya Ikan
Air Tawar Untuk Optimalisasi Kapasitas Produksi”. Jurnal Saintek Perikanan Vol. 8.
No. 1, 2012.
DFRobot.2016”Analog EC Meter SKU:DFR)300. 29 Januari 2016”.
http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Analog_EC_Meter_SKU:DFR0300
DFRobot.2016.”PH Meter SKU(SKU:SEN0161)”. 29 Januari 2016.
http://dfrobot.com/wiki/index.php/PH_meter(SKU:_SEN0161)
KINETIK Vol. 1, No. 1, Mei 2016 : 39-46