## Dedikasi Sains dan Teknologi
Jurnal Pengabdian Masyarakat Vol: 3, No: 2, Nopember 2023 Doi : https://doi.org/10.47709/dst.v3i2.3010
Submitted : 3 Oct 2023 Accepted : 1 Nov, 2023 Published : 13 Nov, 2023

## Penerapan Smart Greenhouse Untuk Optimalisasi Hasil Pertanian Hidroponik dengan Implementasi IoT dan Machine Learning di Syifa Hidroponik
Aditya Kristianto 1) | Christopher Alexander Chai 2) | Derick Chainatra 3) | Karen Onggie 4) | Winar Joko Alexander 5) 1,2,3,4,5) Sistem Informasi (kampus Kota Medan), Universitas Pelita Harapan, Medan, Indonesia 03081210022@student.uph.edu | 03081210007@student.uph.edu | 03081210031@student.uph.edu | 03081210038@student.uph.edu | 03081210011@student.uph.edu
Abstrak :
Publikasi  dari  United  Nations  menyampaikan  40%  lahan  bumi  mengalami  penurunan  kualitas  tanah setiap  tahun,  dampak  yang  dihasilkan  dari  permasalahan  lahan  kritis  adalah  isu  ketahanan  pangan nasional. Salah satu UMKM penggiat budidaya hidroponik adalah Syifa Hidroponik. Syifa Hidroponik didirikan oleh Ir. Suardi Raden sejak tahun 2014 yang memiliki ketertarikan dalam bidang implementasi teknologi  untuk  mendukung  budidaya  hidroponik  dan  bersedia  mendukung  tim  pengusul  melalui program PKM-PI. Berdasarkan observasi dan wawancara dengan mitra, tim pengusul mengidentifikasi tiga permasalahan utama dalam budidaya tanaman hidroponik, yaitu faktor iklim, hama tanaman, dan pengelolaan nutrisi. Realisasi kegiatan yang telah dilakukan mencakup survei secara langsung di Syifa Hidroponik, wawancara dengan mitra mengenai permasalahan yang dialami, diskusi terkait rancangan yang  akan  dilakukan, melakukan  gambaran  akan  rancangan  yang akan  dibuat,  merancang  perangkat IoT, dan mengimplementasikannya terhadap tanaman. Hasil yang akan dicapai yaitu implementasi IoT. Hasil dari implementasi IoT adalah perangkat sensor yang terhubung ke dalam microcontroller yang akan ditampilkan ke dalam website yang dapat diakses untuk melihat data kondisi suhu, kelembapan, pH,  nutrisi,  dan  informasi  tanaman  yang  ditanam  secara real-time ,  serta  cara  penanggulangannya. Kesimpulan  dari  hasil  implementasi  adalah  untuk  mengatasi  beberapa  permasalahan  utama  yang dihadapi oleh mitra, seperti masalah pengelolaan nutrisi, hama tanaman, dan pH air. Hasil dari kegiatan adalah  suatu  perangkat  IoT  yang  membantu  dalam  mengecek  kadar  nutrisi  dan  pH  air,  membantu mendeteksi  hama  melalui  penerapan  teknologi  IoT  dan machine  learning untuk  pemberian  pestisida nabati, dan yang terakhir, pengendalian suhu melalui penggunaan sensor suhu, serta sistem informasi yang terintegrasi di dalam smart greenhouse .
Kata Kunci : IoT; Machine Learning ; Hidroponik; Urban Farmer ; Smart Greenhouse

## Pendahuluan
Publikasi  dari  United Nations menyampaikan  40%  lahan  bumi mengalami  penurunan  kualitas tanah setiap tahun  (Mrema, 2022). Dan hal ini juga terjadi di Indonesia. Dikutip dari laman website Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan (KLHK) menyatakan Indonesia saat ini memiliki ±14 juta lahan kritis yang butuh direhabilitasi, masa rehabilitasi diperkirakan membutuhkan waktu 60 tahun (Yulianto  &  Susanto,  2020).  Dampak  yang  dihasilkan  dari  permasalahan  lahan  kritis  adalah  isu ketahanan  pangan  nasional  (Rhofita,  2022). Untuk  mengatasi  permasalahan ini,  salah  satu  solusinya adalah  memberdayakan  pekarangan  rumah  sebagai  tempat  budidaya  hidroponik  untuk  mencukupi kebutuhan konsumsi sayuran sehari-hari (Muslih, 2019).
Salah  satu  UMKM  penggiat  budidaya  hidroponik  adalah  Syifa  Hidroponik.  Syifa  Hidroponik didirikan oleh Ir. Suardi Raden sejak tahun 2014 dan berlokasi di Jalan Bromo Lorong Amal No.11,

## Dedikasi Sains dan Teknologi
Jurnal Pengabdian Masyarakat Vol: 3, No: 2, Nopember 2023 Doi : https://doi.org/10.47709/dst.v3i2.3010
Submitted : 3 Oct 2023 Accepted : 1 Nov, 2023 Published : 13 Nov, 2023
TegalSari  III,  Kecamatan  Medan  Area,  Kota  Medan,  Sumatera  Utara.  Syifa  Hidroponik  memiliki bidang usaha budidaya tanaman hidroponik, konsultan tanaman hidroponik, dan menjual hasil olahan dari tanaman hidroponik. Alasan tim pengusul memilih Syifa Hidroponik sebagai mitra adalah karena mitra  merupakan  salah  satu  pionir  hidroponik  di  kota  Medan  yang  memiliki  panggilan  untuk mengedukasi  masyarakat  terkait  budidaya  hidroponik.  Selain  itu,  mitra  memiliki  ketertarikan  dalam bidang implementasi teknologi untuk mendukung budidaya hidroponik dan bersedia mendukung tim pengusul melalui program PKM-PI
Berdasarkan  observasi  dan  wawancara  dengan  mitra,  tim  pengusul  mengidentifikasi  tiga permasalahan  utama  dalam  budidaya  tanaman  hidroponik,  yaitu  faktor  iklim,  hama  tanaman,  dan pengelolaan nutrisi. Hal ini sejalan dengan publikasi penelitian sebelumnya yang menyatakan hal yang sama (Tando, 2019). Tim pengusul melakukan observasi dan wawancara kepada mitra dan memetakan tiga  komponen  keberhasilan  hidroponik  untuk  mengidentifikasi  permasalahan  pada  mitra.  Tabel  1. menjelaskan identifikasi permasalahan budidaya hidroponik pada mitra.
Tabel 1. Identifikasi Permasalahan Budidaya Hidroponik pada Mitra
No Komponen Keberhasilan Hidroponik Permasalahan pada Mitra Kondisi Tanaman di Lapangan 1 Terpenuhinya kebutuhan nutrisi Saat  ini  mitra  memiliki  2000  titik tanam.  Hal  ini  mengakibatkan  mitra mengalami kesulitan pengelolaan kebutuhan nutrisi pada tanaman. Pengelolaan nutrisi yang dilakukan saat ini  masih  konvensional  dan  seringkali tidak  teratur.  Sehingga,  pemberian nutrisi tidak seimbang dan menyebabkan kerusakan pada tanaman. 2 Faktor iklim yang mendukung Faktor  iklim  seperti  intensitas  cahaya dan suhu dapat mempengaruhi tumbuh kembang tanaman. Saat ini, mitrakesulitan mengantisipasi perubahan  cuaca  dan  suhu  sehingga hasil panen tidak optimal. 3 Kesehatan Tanaman Hama  yang  tidak  terkendali  dapat menyebabkan tanaman rusak. Permasalahan  yang  dialami  mitra adalah  serangan  hama  yang  tidak terdeteksi  lebih  awal  sehingga  tidak memberikan treatment tepat waktu
Solusi  untuk  menyelesaikan  ketiga  permasalahan  tersebut  adalah  penerapan  smart  greenhouse (Pitoyo et al., 2021). Smart greenhouse adalah implementasi teknologi yang dapat mengontrol proses hidroponik  dari  jarak  jauh  melalui  platform  mobile.  Dalam  beberapa  penelitian,  teknologi  smart greenhouse terbukti memberikan dampak positif pada hasil pertanian (Rayhana et al., 2020). Dengan integrasi teknologi Internet of Things (IoT) dan Machine Learning , maka memungkinkan pengaturan nutrisi, pH, suhu, dan pengendalian hama disesuaikan dengan kebutuhan tanaman. Teknologi IoT juga berhasil  diimplementasikan  dalam  bidang  peternakan  melalui  Program  Kreativitas  Mahasiswa  dan mendapatkan penghargaan di PIMNAS 2022 (Ismail, 2022).

## Dedikasi Sains dan Teknologi
Jurnal Pengabdian Masyarakat Vol: 3, No: 2, Nopember 2023 Doi : https://doi.org/10.47709/dst.v3i2.3010
Submitted : 3 Oct 2023 Accepted : 1 Nov, 2023 Published : 13 Nov, 2023
Tim  pengusul  merancang  sistem  smart  greenhouse  dengan  IoT  dan  machine  learning  untuk mengoptimalkan hasil pertanian hidroponik mitra. Sistem ini menggunakan camera, pH meter, dan TDS meter  untuk  memantau  kesehatan  tanaman.  Jika  hama  terdeteksi,  maka  sprinkler  akan  menyemprot pestisida nabati (Hidayatulloh et al., 2021), jika suhu ruangan sedang tinggi, maka turbin akan  hidup otomatis, dan jika kadar pH tinggi maka Arduino akan mengalirkan listrik ke 3 relay untuk membuka katup yang berisi TDS dan pH meter down atau up. Gambar1.2 menunjukkan rancangan IPTEK yang akan diimplementasikan pada mitra.
Gambar 1. Alur Implementasi Internet of Things

## Realisasi Kegiatan
Tim pengabdian masayarat terdiri dari Winar Joko Alexander selaku ketua tim, Aditya Kristiato, Christopher  Alexander  Chai,  Derick  Chainatra,  dan  Karen  Onggie  selaku  anggota.  Kegiatan  yang dilakukan selama beberapa bulan ini dapat dilihat pada tabel, yang berisikan tanggal, lokasi, deskripsi, dan bukti dokumentasi kegiatan yang dilakukan.
Tabel 2. Realisasi Kegiatan
Tanggal Lokasi Deskripsi Kegiatan Bukti Dokumentasi 16 Juni 2023 Zoom Cloud Meetings Membuat  perencanaan awal aktivitas 17 Juni 2023 Syifa Hidroponik (mitra) Analisis business dan system requirement pada mitra 18 Juni 2023 Syifa Hidroponik (mitra) Mengumpulkan datasets  untuk  dilatih pada machine learning

## Dedikasi Sains dan Teknologi
Jurnal Pengabdian Masyarakat Vol: 3, No: 2, Nopember 2023 Doi : https://doi.org/10.47709/dst.v3i2.3010
Submitted : 3 Oct 2023 Accepted : 1 Nov, 2023 Published : 13 Nov, 2023
25 Juni 2023 Meeting Room Menyusun persiapan pada tahap pelaksanaan, monitor dan control 27 Juni 2023 Syifa Hidroponik (mitra) Persiapan tata letak IoT dan machine learning 28 Juni 2023 Zoom Cloud Meetings Merencanakan inventaris-inventaris yang dibutuhkan 1 Juli 2023 Zoom Cloud Meetings Merancang  gambaran IoT dan Machine Learning 1 Juli 2023 Zoom Cloud Meetings Merancang tampilan antarmuka  dari  sistem yang dibangun 16 Juli 2023 Syifa Hidroponik (mitra) Sosialisasi rancangan sistem IoT 17 Juli 2023 Zoom Cloud Meetings Penyusunan buku pedoman mitra

## Dedikasi Sains dan Teknologi
Jurnal Pengabdian Masyarakat Vol: 3, No: 2, Nopember 2023 Doi : https://doi.org/10.47709/dst.v3i2.3010
Submitted : 3 Oct 2023 Accepted : 1 Nov, 2023 Published : 13 Nov, 2023
20 Juli 2023 Zoom Cloud Meetings Merealisasikan tampilan antarmuka dari sistem yang dirancang 21 Juli 2023 Meeting Room Merancang  perangkat IoT 1 Agustus 2023 Syifa Hidroponik (mitra) Mengintegrasikan machine  learning pada IoT 12 Agustus 2023 Syifa Hidroponik (mitra) Melakukan Finishing up Prototyping IoT 18 Agustus 2023 Syifa Hidroponik (mitra) Mencatat  data  tanaman ke dalam sistem 25 Agustus 2023 Syifa Hidroponik (mitra) Instalasi  perangkat  IoT dan machine learning

## Dedikasi Sains dan Teknologi
Jurnal Pengabdian Masyarakat Vol: 3, No: 2, Nopember 2023 Doi : https://doi.org/10.47709/dst.v3i2.3010
Submitted : 3 Oct 2023 Accepted : 1 Nov, 2023 Published : 13 Nov, 2023
30 Agustus 2023 Syifa Hidroponik (mitra) Testing  dan  evaluasi sistem beserta perangkat IoT 13 September 2023 Syifa Hidroponik (mitra) Pemeliharaan sistem dan perangkat IoT 16 September 2023 Syifa Hidroponik (mitra) Sosialisasi  penggunaan perangkat IoT 1 Oktober 2023 Syifa Hidroponik (mitra) Sosialisasi dan penyerahan buku pedoman mitra

## Hasil
Setelah melakukan implementasi rancangan IoT pada tanaman, maka telah didapatkan beberapa hasil yang ingin dicapai, yaitu hasil implementasi IoT. Implementasi IoT di Syifa Hidroponik ini dapat dilihat pada Gambar 2.

## Dedikasi Sains dan Teknologi
Jurnal Pengabdian Masyarakat Vol: 3, No: 2, Nopember 2023 Doi : https://doi.org/10.47709/dst.v3i2.3010
Submitted : 3 Oct 2023 Accepted : 1 Nov, 2023 Published : 13 Nov, 2023
Hasil  dari  implementasi  IoT  perangkat  sensor  yang  terhubung  ke  dalam microcontroller akan ditampilkan ke dalam website yang dapat diakses untuk melihat data kondisi suhu, kelembapan, pH, nutrisi, dan dapat melihat informasi tanaman yang ditanam secara real-time, serta penanggulangannya yang dilakukan secara otomatis ataupun manual apabila otomatisasi sistem sedang tidak berfungsi.
Gambar 3. Tampilan website Hydroguard
Berdasarkan riset terhadap 391 titik tanam di syifa hidroponik, telah dihasilkan data mengenai angka panen tanaman sebelum dan sesudah implementasi IoT. Tim pengusul mendapatkan hasil bahwasanya implementasi  ini  dapat  membantu  pembudidayaan  mitra  dalam  meningkatkan  angka  panen  tanaman dari 80 hingga 90 persen.
Tabel 3. Data Pertumbuhan Tanaman di Syifa Hidroponik
Keterangan Jumlah Tanaman per Panen Sebelum Implementasi 313 Sesudah Implementasi 352
Lalu,  terdapat  Hasil  implementasi machine  learning menggunakan  Roboflow  (Prasetia  et  al., 2022)  dan  Google  Colab  (Ashar  &  Suarna,  2022)  menghasilkan  hasil  yang  sangat  positif.  Pelatihan dataset menghasilkan penurunan train/box loss , train/ cls loss , dan train dff loss seiring waktu. Nilai metrics juga meningkat, dan nilai val ( validation ) stabil, menandakan prediksi yang sangat baik.
Gambar 4. Tampilan website Hydroguard
Selanjutnya, rancangan mencakup sosialisasi langsung kepada mitra, menjelaskan penyelesaian masalah suhu, pH, hama, dan nutrisi tanaman. Sosialisasi ini terbagi menjadi tiga tahap yaitu pertemuan pertama pada bulan Juli, sosialisasi pada bulan September, dan sesi terakhir pada bulan Oktober. Selama sesi ini, semua pertanyaan mitra dijelaskan. Hasil sosialisasi dapat dilihat di Gambar 5.

## Dedikasi Sains dan Teknologi
Jurnal Pengabdian Masyarakat Vol: 3, No: 2, Nopember 2023 Doi : https://doi.org/10.47709/dst.v3i2.3010
Submitted : 3 Oct 2023 Accepted : 1 Nov, 2023 Published : 13 Nov, 2023
Gambar 5. Sosialisasi dengan mitra

## Kesimpulan
Kesimpulan dari hasil implementasi solusi IoT dan Machine Learning di Syifa Hidroponik adalah untuk mengatasi beberapa permasalahan utama yang dihadapi oleh mitra, seperti masalah pengelolaan nutrisi, hama tanaman, dan pH air. Manfaat dari kegiatan ini untuk membantu meningkatkan persentase keberhasilan pertumbuhan tanaman hidroponik setiap waktu panen hingga 90%, dan membantu para urban farmer dalam mengerti cara mengatasi masalah yang ada dalam budidaya hidroponik. Hasil dari kegiatan ini adalah implementasi akan perangkat IoT yang membantu dalam mengecek kadar nutrisi dan  pH  air  yang  sesuai  dengan  fase  pertumbuhan  tanaman,  membantu  mendeteksi  hama  melalui penerapan teknologi IoT dan machine learning untuk deteksi awal beserta cara mengatasi hama yang sudah  ada  pada  tanaman  melalui  pemberian  pestisida  nabati,  dan  yang  terakhir,  pengendalian  suhu melalui penggunaan sensor suhu, serta sistem informasi yang terintegrasi di dalam smart greenhouse . Seluruh  perangkat  yang  dirancang  dapat  dikendalikan  secara  otomatis  maupun  manual,  untuk membantu optimalisasi pertumbuhan tanaman tanpa adanya kendala.

## Ucapan Terimakasih
Kami ingin mengucapkan terima kasih kepada Universitas Pelita Harapan, Belmawa dan Syifa Hidroponik  yang  telah  mendukung  dan  berkolaborasi  dengan  kami  dalam  menjalankan  kegiatan pengabdian  ini.  Dukungan,  bimbingan,  serta  fasilitas  yang  diberikan  oleh  kampus  dan  mitra  telah berperan besar dalam penelitian kami. Ucapan terima kasih juga kami sampaikan kepada semua pihak yang telah memberikan dana dan sumber daya untuk mendukung kegiatan pengabdian ini.

## Daftar Pustaka
Ashar, M. H., & Suarna, D. (2022). Implementasi Algoritma YOLOv5 dalam Mendeteksi Penggunaan Masker Pada Kantor Biro Umum Gubernur Sulawesi Barat . 3 (3), 298–302.
Hidayatulloh,  M.  K.  Y.,  Firdaus,  N.,  Pradana,  A.  A.,  &  Ummah,  R.  (2021).  Pemanfaatan  Lahan Pekarangan dan Pestisida Nabati sebagai Solusi Pegendalian Hama Tanaman. Jumat Pertanian: Jurnal Pengabdian Masyarakat , 2 (1), 49–54. Ismail. (2022). Tekan Angka Kematian Ternak dan Dukung Ketahanan Pangan, Mahasiswa FIK UPH Medan  Implementasikan  IoT .  Tribun  Medan.  https://medan.tribunnews.com/2022/09/02/tekan- angka-kematian-ternak-dan-dukung-ketahanan-pangan-mahasiswa-fik-uph-medan- implementasikan-iot
Mrema,  E.  (2022). Chronic  land  degradation:  UN  offers  stark  warnings  and  practical  remedies  in Global  Land  Outlook  2 .  UNCCD.  https://www.unccd.int/news-stories/press-releases/chronic- land-degradation-un-offers-stark-warnings-and-practical
Muslih, D. Y. (2019). Pemberdayaan Masyarakat Dalam Menggunakan Pipa Paralon Sebagai Tempat Tanaman  Hidrofonik  Sayur-  Mayur  Didesa  Kotangan  Kecamatan  Galang  Kabupaten  Deli Serdang . 3 , 66–77.
Pitoyo, A., Herawati, E., Etikawati, N., & Ardo, T. (2021). PENERAPAN SMART GREENHOUSE DAN TEKNOLOGI  NIRSENTUH  UNTUK  MENDONGKRAK  PRODUKSI  DAN  PEMASARAN ANGGREK . 4 , 275–280.
Prasetia,  D.  D.,  Yuswanto,  A.,  &  Wibowo,  B.  (2022). DESIGN  OF  MACHINE  LEARNING

## Dedikasi Sains dan Teknologi
Jurnal Pengabdian Masyarakat Vol: 3, No: 2, Nopember 2023 Doi : https://doi.org/10.47709/dst.v3i2.3010
Submitted : 3 Oct 2023 Accepted : 1 Nov, 2023 Published : 13 Nov, 2023
DETECTION MASK USING YOLO AND DARKNET ON NVIDIA JETSON NANO . 5 (1), 88–95. https://doi.org/10.31943/teknokom.v5i1.69 Rayhana, R., Xiao, G., & Liu, Z. (2020). Internet of Things Empowered Smart Greenhouse Farming.
IEEE Journal
of Radio Frequency Identification , 4 (3), 195–211. https://doi.org/10.1109/JRFID.2020.2984391
Rhofita, E. I. R. (2022). Optimalisasi Sumber Daya Pertanian Indonesia untuk Mendukung Program Ketahanan  Pangan  dan  Energi  Nasional. Jurnal  Ketahanan  Nasional , 28 (1),  82. https://doi.org/10.22146/jkn.71642
Tando,  E.  (2019).  Pemanfaatan  Teknologi Greenhouse  Dan  Hidroponik  Sebagai  Solusi  Menghadapi Perubahan  Iklim  Dalam  Budidaya  Tanaman  Hortikultura. Buana  Sains , 19 (1),  91. https://doi.org/10.33366/bs.v19i1.1530
Yulianto, I. G., & Susanto, A. (2020). Perkembangan Keberlanjutan Lingkungan . 1–48.