## IMPLEMENTATION OF SMART IRRIGATION SYSTEM ON CARROT PLANTATION USING INTERNET OF THINGS
Despaleri Perangin-Angin* 1 , Yoga Tri Nugraha 1 , Evta Indra 2 , Mardi Turnip 2 , Andreas Situmorang 2 , Daniel Sitompul 2 , Ruben 2 1 Teknik Elektro Universitas Prima Indonesia
2 Sistem Informasi Universitas Prima Indonesia Jl. Sampul No.4, Medan Petisah, Kota Medan, E-mail : *despaleriperanginangin@unprimdn.ac.id
ABSTRAK- Agriculture is one of the main sectors in Karo Regency, North Sumatra. One of the commodities produced by farmers in Karo Regency is carrot. The inability of farmers to control soil moisture may cause crop damage to a lack of productivity. This research aims to create a monitoring & control system that is integrated with the website to make it easier for farmers to prevent problems that occur. The method used in the research is the  design,  installation,  monitoring,  and  deactivation.  The  results  obtained  from  this  research  are  that  This research  was  successfully  carried  out  to  irrigate  carrot  plantation  sequentially  and  automatically  depending  on the sensor readings that have been presented; when the soil moisture sensor value is below 75%, the system will automatically open the solenoid valve. It is ensured that the water sprinkler will water the mounds according to its  need. With this system,  farmers also can  monitor the  field conditions  using a  web-based Internet  of Things monitoring system presented in the website.
Kata kunci : Smart Farming, Internet of Things, HTTP, Irrigation, Monitoring & Controlling.

## 1. PENDAHULUAN
Pertanian  merupakan  sektor  salah  satu  sektor utama  di  Kabupaten  Karo,  Sumatera  Utara.  Salah satu komoditas yang dihasilkan petani di Kabupaten Karo adalah tanaman wortel. Wortel juga merupakan komoditas  yang  paling  diminati  oleh  konsumen. Namun,  pertanian  di  Kabupaten  Karo  masih menggunakan  cara  konvensional.  Sebagai  contoh, penyiraman  masih  dilakukan  dengan  cara  manual. Hal  ini  dapat  menyebabkan  beberapa  masalah seperti petani tidak dapat mengontrol curah air yang dapat  menyebabkan  kerusakan  tanaman.  Dampak dari  kerusakan  tanaman  ini  adalah  kurangnya produktifitas  tanaman  yang  hanya  menghasilkan  40 Ton  perminggu,  sementara  mitra  petani  harus mendistribusikan  150  Ton  perminggu  kepada konsumen.  Maka  dari  itu,  untuk  mengatasi permasalahan tersebut dibutuhkan adanya penerapan teknologi  di  ladang  milik  petani  seperti  Smart Irrigation.
Pada dasarnya, Smart Irrigation adalah teknologi berbasis  Internet  of  Things  (IoT)  yang  bertujuan untuk membantu petani. Teknologi ini memungkinkan petani
untuk
memantau (Monitoring) keadaan di ladang tanpa harus pergi ke ladang.  Sistem  monitoring  ini  meliputi  pengecekan kelembapan  tanah,  suhu  udara  dan  kelembapan udara.  Teknologi  ini  juga  dapat  memungkinkan petani  untuk  mengontrol  (Controlling)  irigasi  di ladang  tanpa  harus  mengeluarkan  tenaga  berlebih untuk menyiram tiap galangan yang dapat memakan waktu.  Sistem  controlling  ini  meliputi  pengontrolan irigasi  secara  otomatis  (sesuai  parameter  yang ditentukan) ataupun dengan cara manual menggunakan tombol pada aplikasi [1,2].
Konsep  dari  Smart  Irrigation  ini  adalah menghubungkan beberapa sensor ke sebuah microcontroller kemudian data yang telah dikumpulkan  akan dikirim  ke database secara terus- menerus sesuai dengan jeda (delay) yang ditentukan. Data  yang  telah  dikumpulkan  dalam  database  ini akan  dipanggil  kedalam  situs  web  berbasis  Model View  Controller.  Dalam  hal  ini,  Model  akan memanggil  data  yang  disimpan  dari  database, kemudian  Controller  akan  mengirimkan  data tersebut  ke  halaman  View.  Data  yang  dikirim  ke View disajikan dalam bentuk gauge , tabel dan grafik [3,4]. Dengan adanya sistem berbasis web ini, petani akan  lebih  mudah  memantau  dan  mengontrol kondisi  ladang,  karena  halaman web dapat  diakses menggunakan smartphone.

## 2. METODOLOGI
Metode  penelitian  yang  dipakai  pada  penelitian ini  mengikuti IoT Product Life Cycle,  yang dimulai dari  desain topologi alat (Design),  pemasangan alat (Deploy),  pengawasan  kinerja  (Manage)  dan penonaktifan alat (Decomission) [5,6].
Gambar 1. IoT Product Life Cycle

## 2.1 Design
Pada tahap ini, akan dibuat desain arsitektur dan topologi dari perangkat IoT. Desain arsitektur dibuat menggunakan  aplikasi  fritzing.  Desain  dibagi menjadi  2  kategori,  yaitu  perangkat monitoring dan perangkat controlling .  Pada  perangkat  monitoring, dipakai 2 sensor yang dihubungkan secara langsung ke microcontroller, yaitu sensor DHT-22 dan YL-69. DHT-22  adalah  sensor  yang  dapat  mendeteksi  2 input,  yaitu  kelembapan  udara  ( humidity )  dan  suhu udara ( temperature ) [7,8]. YL-69 adalah sensor yang dapat  mendeteksi  kelembapan  tanah  ( moisture ) [9,10]. Pada  perangkat  controlling,  dipakai solenoid valve yang  terhubung  ke  sebuah relay yang dihubungkan  ke microcontroller .  Fungsi  relay  pada perangkat controlling
ini adalah untuk menghidupkan/mematikan solenoid  valve . Solenoid valve berfungsi  menjadi  katup  otomatis  yang mengatur  aliran  air  dalam  pipa  [11,12].  Agar  data dari sensor dapat dilihat oleh petani melalui halaman web ,  maka microcontroller harus  dihubungkan  ke database menggunakan jaringan lokal (LAN). Maka dari  itu,  diperlukan  sebuah Access  Point  /  Hotspot sebagai  media  penghubung  [13,14]..  Protokol  yang digunakan untuk pengiriman data ke database adalah menggunakan  protokol  Hypertext  Transfer  Protocol (HTTP).  Desain  arsitektur  dapat  dilihat  pada Gambar  2,  sementara  desain  topologi  dapat  dilihat pada Gambar 3.
Gambar 2. Desain Arsitektur Perangkat
Gambar 3. Desain Topologi

## 2.2 Deploy
Pada  tahap  ini,  desain  arsitektur  dan  topologi yang  telah  dirancang  di-implementasikan  ke  ladang petani.  Pemasangan  alat  dilakukan  sesuai  dengan
kondisi  ladang.  Dalam  penelitian  ini,  dilakukan instalasi  seperti  berikut  :  Sumber  air  berasal  dari sumur, sehingga sebuah water tank harus disediakan tepat  didalam  pondok;  Untuk  memompa  air  ke  tiap tanaman,  dibutuhkan  sebuah  jetpump  yang  akan memompa air dengan tekanan tinggi; Tiap gundukan yang  memiliki  panjang  40m  akan  dibagi  menjadi  4 segmen,  sehingga  tiap  segmen  (setiap  10m gundukan)  akan  dilakukan  pemasangan  sensor  YL- 69;  Tiap  2  gundukan  akan  dilakukan  pemasangan solenoid valve beserta pipa perairan (irigasi), dimana dari  pipa  tersebut  akan  dilakukan  juga  pemasangan water  sprinkler  akan  memercikkan  air  ke  tiap segmentasi gundukan.

## Gambar 4. Tata Letak Perangkat

## 2.3 Manage
Pada  tahap  ini,  peneliti  akan  melakukan pengawasan  terhadap  alat    yang  telah  diinstalasi. Setiap  bulannya,  akan  dilakukan  maintenance  rutin untuk mencegah kerusakan pada alat.

## 2.4 Decomission
Pada  tahap  ini,  jikalau  ada  ditemukan  alat  yang performanya  menurun  ataupun  sudah  tidak  dapat dipakai lagi, maka peneliti akan langsung melakukan pergantian terhadap alat tersebut, sehingga alat yang dipakai selalu dalam keadaan baik.

## 3. KESIMPULAN

## 3.1 System Workflow
Alur kerja dari sistem yang dibuat adalah seperti berikut:  Sistem  dimulai  dengan  menginisialisasi microcontroller  NodeMCU  dan  sensor-sensor  yang terhubung  ke  microcontroller;  Dilakukan  upaya koneksi  antara  microcontroller  dengan  jaringan WiFi;  Pada  saat  microcontroller  terhubung  dengan jaringan WiFi, pembacaan data dari tiap sensor yang tersambung  dimulai.  Setelah  data  didapat,  data tersebut  dipublish  ke  database;  Untuk  sistem monitoring,  data  yang  telah  dipublish  tersebut  akan dipresentasi  ke  halaman  web  menggunakan  konsep MVC;  Untuk  sistem  controlling  otomatis,  data sensor  kelembapan  tanah  ( moisture )  akan  diambil dan  diproses  sesuai  parameter  yang  ditetapkan. Jikalau  kelembapan  tanah  dibawah  dari  parameter
maka  relay  akan  membuka  solenoid  valve  yang mengakibatkan  air  keluar  melalui  water  sprinkler, sebaliknya  jikalau  kelembapan  diatas  parameter maka  relay  tidak  akan  membuka  solenoid  valve. Alur kerja sistem dapat dilihat pada Gambar 5.

## 3.2 Sensor Calibration
Untuk  mendapatkan akurasi data  yang tepat dari sensor  yang  digunakan,  maka  diperlukan  adanya kalibrasi  sensor.  Pada  penelitian  ini,  sensor  YL-69 dikalibrasi  agar  mendapat  nilai  kelembapan  tanah yang  tepat  .  Maka  dari  itu  dipakai  rumus  (1)  [16]
Gambar 5. System Flowchart
(1)

## 3.3 Sending Data to Database
Pada  penelitian  ini,  metode  untuk  pengiriman data  dari microcontroller ke database dilakukan menggunakan  protokol HTTP .  Untuk  mencapai database , microcontroller terlebih  dahulu  harus melakukan  koneksi  ke  jaringan  internet,  lalu mencoba terhubung ke file
Application
Programming  Interface  (API) .  File API ini  akan menjadi  perantara  untuk microcontroller bisa melakukan  publish  ke database .  Pada  file API tersebut, data sensor yang dikirm oleh microcontroller akan  dipublish  terus-menerus  ke database menggunakan syntax (perintah) SQL [15,16].
3.4 Website Pages 3.4.1 Login View Tampilan  ini  digunakan  oleh  user  untuk  dapat mengakses  dashboard  web  SmartFarming.  User dapat  melakukan  login  dengan  username  dan password yang telah dibuat.
Gambar 6. Login View

## 3.4.2 Dashboard
Tampilan ini menyajikan list alat yang terhubung ataupun  yang  tidak  terhubung  dengan  server.  Pada tampilan  ini  juga  tersedia  button  detail  yang  dapat mengakses  view  detail  alat,  dimana  data  yang dikirim sensor dapat dilihat.
Gambar 7. Dashboard View

## 3.4.3 Microcontroller Detail
Tampilan  ini  menyajikan  detail  dari  sebuah microcontroller. Pada view ini, data-data dari sensor akan  ditampilkan  dalam  bentuk  gauge,  grafik  dan tabel.  Gauge  bertujuan  untuk  memberikan  data sensor terbaru secara presisi; Grafik bertujuan untuk memberitahu  pergerakan  naik/turunnya  nilai  sensor; Dan  Tabel  bertujuan  untuk  memberikan  informasi secara  lengkap  tentang  data  yang  didapat  dari sensor.
(a) (b) (c) Gambar 8. a) Gauge , b) Graph , c) Table Content in Microcontroller Detail View

## 3.4.4 Control View
Halaman  ini  bertujuan  untuk  memberikan informasi  tentang  sistem  kontrol  irigasi  yang  telah
di-instalasi  di  ladang.  Pada  halaman  ini,  informasi tentang valve akan diberitahukan (kondisi terbuka/tertutup),  juga  pada  halaman  ini  disediakan button  ( ✓ dan  X)  untuk  melakukan  kontrol  manual terhadap  valve,  sehingga  irigasi  dapat  dilakukan dengan lebih terawasi.
Gambar 9. Control View

## 4. PENUTUP
Penerapan  sistem  irigasi  otomatis  berbasis  IoT dapat  membantu  petani  untuk  mengontrol  keadaan ladang  secara  virtual.  Rancangan  yang  telah  dibuat berjalan  dengan  baik  dalam  skala  kecil  ( prototype ). Sistem  yang  telah  dibuat  juga  dapat  membantu petani  melakukan  penyiraman  otomatis  (dengan parameter  data  sensor)  ataupun  sekuensial  (dengan tombol/ button pada  website)  tanpa  harus  pergi  ke ladang.  Data-data  sensor  juga  berhasil  ditampilkan di  halaman detail alat  pada website yang  telah dibuat,  walaupun  masih  terdapat  kendala  dalam implementasi real-time  data  streaming pada back- end dari website .  Penelitian  ini  juga  diharapkan dapat  meningkatkan  produktifitas  dalam  panen wortel.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] [1] Malik  Mustafa,  Abdallah  Abbas,  Qusay Bsoul  and  Aumir  Shabbir,  “Smart  irrigation system  based  on  the  internet  of  things  and  the cloud,” September 2021, vol. 7, no. 09, pp. 19– 24, 2021.
[2] P.  Kanade  and  J.  P.  Prasad,  “Arduino  based machine  learning  and  IOT  Smart  Irrigation System,”  International  Journal  of  Soft Computing and Engineering, vol. 10, no. 4, pp. 1–5, 2021.
[3] A.  Subari,  S.  Manan,  and  E.  Ariyanto, “Implementation  of  MVC  (model-view- controller)  architecture  in  online  submission and  reporting  process  at  Official  Travel Warrant  Information  System  based  on  web application,”  Journal  of  Physics:  Conference Series, vol. 1918, no. 4, p. 042145, 2021.
[4] J.  S  Pasaribu,  “Development  of  a  web  based Inventory  Information  System,”  International Journal of Engineering, Science and Information Technology, vol. 1, no. 2, pp. 24– 31, 2021.
[5] A.  Makhshari  and  A.  Mesbah,  “IOT  bugs  and development  challenges,”  2021  IEEE/ACM 43rd  International  Conference  on  Software Engineering (ICSE), 2021.
[6] H. Chen, L.  Hou, G. (K. Zhang, and S. Moon, “Development  of  BIM,  IOT  and  AR/VR Technologies  for  Fire  Safety  and  Upskilling,” Automation  in  Construction,  vol.  125,  p. 103631, 2021.
[7] G.  P.  Humairoh  and  R.  D.  Putra,  “Prototipe Pengendalian Kualitas udara indoor menggunakan  mikrokontroler  dengan  sensor MQ135,  DHT-22  Dan  Filter  Hepa,”  Jurnal Serambi Engineering, vol. 7, no. 1, 2021.
[8] R.  A.  Koestoer,  N.  Pancasaputra,  and  I. Roihan,  “A  simple  calibration  methods  of relative  humidity  sensor  dht22  for  tropical climates  based  on  Arduino  Data  Acquisition System,” AIP Conference Proceedings, 2019.
[9] W.  Y.  Tan,  Y.  L.  Then,  Y.  L.  Lew,  and  F.  S. Tay,  “Newly  calibrated  analytical  models  for soil moisture content and ph value by low-cost YL-69  hygrometer  sensor,”  Measurement,  vol. 134, pp. 166–178, 2019.
[10] M.  Walid,  Hozairi,  and  M.  Makruf,  “Analysis and development of seawater density measurement  algorithms  using  Arduino  Uno and  YL-69  sensor,”  Jurnal  RESTI  (Rekayasa Sistem dan Teknologi Informasi), vol. 4, no. 5, pp. 951–956, 2020.
[11] P.  Mahajan,  P.  P.  Kalkundri,  and  A.  Sultana Shaikh,  “Precision  actuator  control  for  on/off type  solenoid  valves  using  PID  control  loop,” 2019  IEEE  5th  International  Conference  for Convergence in Technology (I2CT), 2019.
[12] J. R. van Dam, B. L. Gysen, E. A. Lomonova, and  M.  Dhaens,  “Soft-landing  control  of  low- energy  solenoid valve  actuators,”  2018 Thirteenth International Conference on Ecological  Vehicles  and  Renewable  Energies (EVER), 2018.
[13] D.  S.  Bataona,  R.  Munir,  T.  Juhana,  G.  C. Manulangga, and J. Sine, “A novel approach to make  presentation  using  PowerPoint  without projector in Local Area Network,” 2018 Tenth International  Conference  on  Ubiquitous  and
Future Networks (ICUFN), 2018.
[14] P.  Paul,  E.  Toon,  A.  Hadadgar,  M.  Jirwe,  N. Saxena, K. T. Lim, M. Semwal, L. Tudor Car, N.  Zary,  C.  Lockwood,  and  J.  Car,  “Online- and  Local  Area  Network  (lan)-based  elearning interventions  for  medical  doctors'  education,” Cochrane  Database  of  Systematic  Reviews, 2018.
[15] B. Wukkadada, K. Wankhede, R. Nambiar, and A.  Nair,  “Comparison  with  HTTP  and  MQTT in internet of things (IOT),” 2018 International Conference on Inventive Research in Computing Applications (ICIRCA), 2018.
[16] N.  Nikolov,  “Research  of  MQTT,  CoAP, HTTP  and  XMPP  IOT  communication protocols for embedded systems,”  2020 XXIX International  Scientific  Conference  Electronics (ET), 2020.
[17] I.  Setyowati,  D.  Novianto,  and  E.  Purnomo, “Preliminary  design  and  soil  moisture  sensor YL-69 calibration  for implementation of  smart irrigation,”  Journal  of  Physics:  Conference Series, vol. 1517, no. 1, p. 012078, 2020.
[18] A.  Iqbal,  Y.  Kim,  and  T.-J.  Lee,  “Access mechanism in wireless powered communication  networks  with  Harvesting Access  Point,”  IEEE  Access,  vol.  6,  pp. 37556–37567, 2018.
[19] F.  S.  Mukti  and  D.  A.  Sulistyo,  “Analisis Penempatan  Access  Point  Pada  JARINGAN wireless LAN STMIK asia malang menggunakan  one  slope  model,”  Jurnal  Ilmiah Teknologi Informasi Asia, vol. 13, no. 1, p. 13, 2018.
[20] A. Glória, C. Dionisio, G. Simões, J. Cardoso, and  P.  Sebastião,  “Water  management  for sustainable irrigation systems using internet-of- things,” Sensors, vol. 20, no. 5, p. 1402, 2020.