e-ISSN 2654 - 4733 Elektron Jurnal Ilmiah Volume 10 Nomor 1 Juni 2018

## Rancang Bangun Kendali Pintu Air Secara Otomatis Dengan Pemberitahuan Informasi Menggunakan SMS Pada Pengairan Persawahan Berbasis Mikrokontroller
Yulastri 1 , Anton 2 ,Ilhamdi Taufik 3 123 Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang yulastri@pnp.ac.id
Kampus Politeknik Negeri Padang, Limau Manis Padang
Abstract— Indonesia is commonly known as a tropical country that is rich in biodiversity of flora and fauna which has fertile land and abundant natural products, especially in agriculture. Water is one of the most important elements in agriculture, particularly in rice fields. Normally the water source is coming from lakes, reservoirs, rivers, and from other water sources through waterways to rice fields. These water channels sometimes do not work properly because the sluices that opened manually are not fully open or partly open only so it makes water is not properly channeled to the rice fields. As a result, the farmers' harvest becomes a little, even experiencing crop failure. The automatic sluice control  system  on  the  rice  field  irrigation  is  a  system  that  will  control  the  paddy  irrigation  sluice  in  flowing  water according  to  the  conditions  of the  rice  fields.  This system  uses an ultrasonic sensor to  measure  the  water level in the field. Then the servo motor will move the sluice to open or close according to the readings of the water level from the sensor. Then the SIM800L GSM Module will send an SMS notification that the rice fields are lacking in water and the fields have been filled with water.
Keywords: Arduino Uno, HC-SR04 Ultrasonic Sensor, MG996R Servo Motor, LCD, SIM800L Module
Abstrak— Indonesia  merupakan  negara  beriklim  tropis  yang  kaya  akan  keanekaragaman  hayati  flora  dan  fauna dimana  memiliki tanah  yang  subur  dan  hasil  alam  melimpah khususnya  di  bidang  pertanian.  Air  merupakan  salah satu unsur terpenting dalam bidang pertanian terutama persawahan. Air tersebut dialiri dari danau, waduk, sungai, dan  dari  sumber air lainnya  melalui saluran-saluran  air  menuju lahan  persawahan.  Saluran-saluran air ini  kadang kala  tak  berfungsi  dengan  baik  karena  pintu  air  yang  dibuka  secara  manual  tidak  terbuka  atau  setengah  terbuka sehingga  air  tak  tersalurkan  dengan  baik  ke  lahan  persawahan.  Akibatnya  panen  petani  menjadi  sedikit,  bahkan mengalami kegagalan panen. Sistem kendali pintu air secara otomatis pada pengairan persawahan ini adalah sistem yang akan mengendalikan pintu air irigasi persawahan dalam mengalirkan air sesuai kondisi lahan persawahan. Sistem ini menggunakan sensor ultrasonik untuk mengukur level ketinggian air dilahan persawahan. Kemudian motor servo akan  mengerakkan  pintu  air  untuk  membuka  atau  menutup  sesuai  pembacaan  jarak  permukaan  air  dari  sensor. Kemudian  Modul  GSM  SIM800L  akan  mengirimkan  sms  notifikasi  bahwa  sawah  kekurangan  air  dan  sawah  telah terisi air.
Kata kunci:Arduino Uno, Sensor Ultrasonik HC-SR04, Motor Servo MG 996R, LCD, Modul SIM800L
© 2018 Elektron Jurnal Ilmiah

## I. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi dan sains sekarang ini melaju dengan  pesat  dan  luar  biasa.  Banyak  alat-alat  yang diciptakan  dan  dikembangkan  oleh  orang-orang  yang memiliki pemikiran kreatif, membangun, dan inovatif. Hal ini disebabkan oleh kerja keras dan rasa ingin tahu manusia  yang  sangat  besar,  sehingga  menciptakan sesuatu  yang  bisa  memenuhi  kebutuhan  kepuasan mereka.  Beragam  inovasi  mereka  tawarkan  kepada masyarakat dengan berbagai fungsi dan manfaat yang diberikan. Kini dapat dijumpai kecanggihan teknologi yang telah diciptakan hampir di segala bidang.Indonesia  merupakan  negara  beriklim  tropis yang kaya akan keanekaragaman hayati flora dan fauna [1] dimana memiliki tanah subur dan hasil alam yang beraneka  ragam  khususnya  di  bidang  pertanian  [2] Sehingga  dengan  iklim  tropisnya,  Indonesia    hanya
memiliki  dua  musim  yaitu  musim  hujan  dan  musim kemarau  [3].  Ketika  musim  penghujan,  banyak  lahan persawahan yang terendam air sehingga membuat para petani  gagal  panen  dan  menimbulkan  kerugian finansial yang tak sedikit.Karena permasalahan itulah, penulis menemukan sebuah ide atau gagasan pemikiran dengan  merealisasikan  sebuah  alat  bantu  “Rancang Bangun  Kendali  Pintu  Air  Secara  Otomatis  Dengan Pemberitahuan  Informasi  Menggunakan  Modul  GSM SIM800L  Pada  Pengairan  Persawahan  Berbasis Mikrokontroler.  Tujuan  dari  pembuatan  alat  ini  yaitu mengontrol  pengairan  lahan  persawahan  yang  efisien sesuai  kebutuhan  sehingga  kegagalan  panen  dapat diatasi.  Namun  demikian,  sistim  ini  bukanlah  sistem yang  secara  baik  mengatasi  kegagalan  panen  petani, tetapi akan menjadi tolak ukur untuk mengembangkan inovasi  yang  lebih  baik  lagi  dalam  mengatasi permasalahan ini .

## II. METODE PENELITIAN

## A.Perancangan Sistem

## Gambar 1. Blok Diagram
Sistem pengairan  otomatis  pada  lahan persawahan ini merupakan rancang bangun miniatur pengendali air yang masuk dan keluar pada lahan persawahan sesuai kebutuhan  tanaman  padi  serta  mengurangi  kegagalan panen petani. Kegagalan panen ini muncul diakibatkan curah hujan  dan  kemarau  yang  tak menentu  sehingga air  pada  lahan  persawahan  kadang  kala  meluap  dan berkurang pada lahan pertanian.Sistem ini menggunakan  input  berupa  sensor  ultrasonik  untuk membaca ketinggian air dan output berupa motor servo untuk  membuka  atau  menutup  pintu  air  irigasi  lahan persawahan. Arduino digunakan sebagai mikrokontroller  untuk  pengendalian    atau  mengatur pemprosesan  data  berupa  sinyal  input  dan  sinyal output.  Adapun  blok  diagram  sistemnya  dapat  dilihat pada gambar 1.
Berdasarkan  blok  diagram  diatas,  alat  ini  akan mengendalikan  dan  memonitoring  sistem  pengairan pada  persawahan  sesuai  kebutuhan  dan  kondisinya. Sistem dari alat rancang bangun pengairan otomatis ini akan  bekerja  dengan  memberikan  sinyal  input  hasil pembacaan  sensor  ultrasonik  ke  arduino  untuk diproses.  Setelah  data  diproses  di arduino,  data/sinyal tersebut  akan  dikirim  ke  motor  servo  yang  kemudian mengerakkan  motor  untuk  membuka  atau  menutup pintu saluran irigasi yang menuju ke lahan persawahan sesuai hasil pembacaan sensor dan pengolahan data di arduino.  Handphone  akan  menerima  notifikasi informasi melalui Modul GSM SIM800L berupa SMS. Untuk  menampilkan  informasi  kerja  dari  alat,  maka digunakan LCD 16x2.
B. Perancangan Hardware

## Gambar 2. Schematic Rangkaian Alat
Skematik  rangkaian  keseluruhan  pada  Rancang Bangun  Kendali  Pintu  Air    Secara  Otomatis  Dengan Pemberitahuan  Informasi  Menggunakan  Modul  GSM SIM800L    Pada  Pengairan  Persawahan  Berbasis Mikrokontroller  dapat  dilihat  pada  Gambar  2.Sensor yang digunakan pada alat uji 2 buah Sensor Ultrasonik yang berfungsi mengukur ketinggian permukaan air di kedua  lahan  sawah.  Sensor  ini  memiliki  4  pin  yang terhubung  ke  arduino  yaitu  Vcc,  Echo,  Trigger,  dan Ground.  Pengiriman  data  sensor  ke  mikrokontroler dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1 pengiriman data dari sensor ke mikrokontroller arduino uno
Sensor Jarak Pembacaan Sensor Data
Sensor Ultrasonik 1 Jarak = 15 Dikirim Jarak > 15 Tidak Dikirim Sensor Ultrasonik 2 Jarak = 15 Dikirim Jarak > 15 Tidak Dikirim
Motor servo berfungsi sebagai perangkat penggerak yang  bekerja  berputar  secara  CW  atau  CCW  dengan sudut putaran  0° dan  360°.  Pada  alat uji,  motor  servo yang digunakan berjumlah 2 buah untuk membuka dan menutup 2 buah pintu air irigasi. Motor Servo memiliki 3 pin yang terhubung ke arduino yaitu Vcc, Data, dan Ground.Prinsip  kerja  motor  servo  terhadap  pintu  air dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2 Prinsip kerja motor servo terhadap pintu air
Motor Putaran Motor Pintu 1 Pintu 2 Motor Servo 1 CCW 180° Menutup − CW 180° Membuka − Motor Servo 2 CCW 180° − Menutup CW 180° − Membuka
SIM800L  V2  ini  terkoneksi  ke  pin  2  dan  3  Arduino Uno.  Pin  ini  dihubungkan  secara  cross  (bersilangan) dengan  pin  TX  dan  RX  modul  SIM800L  V2.  Prinsip kerja  modul  sim800l  v2  terhadap  keadaan  air  sawah dapat dilihat pada tabel 3.
Tabel 3. Modul SIM800L V2 terhadap keadaan air sawah Sensor Jarak Pembacaan Sensor Keadaan Air Sawah SMS yang dikirimkan Modul SIM800L V2 Sensor Ultrasonik 1 Jarak > 15 Air Kurang Sawah 1 kekurangan air Sensor Ultrasonik
2 Jarak > 15 Air
Kurang Sawah 2 kekurangan air Sensor Ultrasonik 1 Dan Ultrasonik 2 Jarak > 15 Air Kurang Sawah 1 & Sawah 2 kekurangan air Sensor Ultrasonik 1 Dan Ultrasonik 2 Jarak = 15 Air Cukup Air Di Sawah 1 & 2 Cukup

## C. Perancangan Alat Uji
Perancangan  alat  uji  yang  di  buat,  bentuk  dan ukurannya dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3 Perancangan Alat Uji

## D. Perancangan Software
Perancangan perangkat lunak dimulai setelah perancangan  perangkat  keras  dilakukan.  Perangkat lunak  yang  digunakan  ialah  bahasa  pemograman  C arduino. Untuk mempermudah perancangan perangkat lunak,  maka  terlebih  dahulu  dibuat  flowchart  untuk menggambarkan jalannya program secara keseluruhan terhadap  sistem.  Dibawah  ini  merupakan  flowchart sistem  kendali  Pintu  Air  secara  otomatis  dengan notifikasi sms pada irigasi persawahan.
START Inisialisasi I/O Sensor Ping, Motor Servo, LCD, SIM800L Jarak1>15 & Jarak2>15 Jarak1>15 & Jarak2=15 Jarak1=15 & Jarak2>15 STOP Ya Tidak Ya Ya Tidak Tidak Jarak1=15 & Jarak2=15 Ya Tampilan LCD “Sawah 1 & 2 Kekurangan Air” M1 = CW 180⁰ , M2 =  CW 180⁰ Kirim SMS “Sawah 1 & Sawah 2 kekurangan air” Tampilan LCD “Sawah 1 Kekurangan Air” M1 = CW 180⁰ , M2 = CCW 180⁰ Kirim SMS “Sawah 1 kekurangan air” Tampilan LCD “Sawah 2 Kekurangan Air” M1 = CCW 180⁰ , M2 = CW 180⁰ Kirim SMS “Sawah 2 kekurangan air” Tampilan LCD “Sawah 1 & 2 Cukup Air” M1 = CCW 180⁰ , M2 = CCW 180⁰ Kirim SMS
“Air Di Sawah 1 & 2 cukup”
Tidak

## Gambar 4. Flow Chart (Diagram Alir)

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Selanjutnya dilakukan Pengujian dan analisa untuk mengetahui  apakah  sistem  yang  dibuat  telah  sesuai dengan  yang  direncanakan,  Berikut  langkah-langkah dan  pokok  pembahasan  yang  akan  di  lakukan  dalam pengujian sebagai berikut :
1. Pengujian dan analisa Sensor Ultrasonik HC- SR04
2. Pengujian dan analisa Motor Servo MG 996R
3. Pengujian dan analisa SIM800L V2
A. Pengujian dan Analisa Sensor Ultrasonik HC-SR04
Pengukuran dilakukan pada pin Vcc, pin trigger dan pin echo (pin data sensor) dari sensor ultrasonik. Pengujian yang  dilakukan  ialah  mengukur  tegangan  dan kemampuan  pengukuran  sensor  ultrasonik  terhadap
benda  yang  ada  didepannya.  Hasil  pembacaan  sensor dapat dilihat pada tabel 4.
Tabel 4. Data hasil pembacaan sensor ultrasonik HC- SR04
Jarak Terukur Mistar (cm) Jarak Terbaca Sensor (cm) Persentase Kesalahan (%) 3 4 0 6 6 0 9 9 0 12 10 0
15 15 0
Dari  hasil  pengujian  sensor  Ultrasonik  HC-SR04 pada  jarak  sebenarnya  (Jarak  yang  diukur  manual) dengan jarak yang terbaca oleh sensor, tidak ada selisih jarak yang menandakan bahwa jarak hasil pengukuran sensor  sama  dengan  jarak  yang  terukur  pada  mistar, dapat disimpulkan juga persentase kesalahan pengukuran  yang  didapatkan  adalah  0  cm.  Hal  ini menandakan  bahwa  sensor  ultrasonik  bekerja  dengan baik.  Dari  tabel  4  Pengukuran  tegangan,  didapatkan bahwa  daya  yang  diperlukan  oleh  sensor  untuk  dapat bekerja sebesar 4,1 VDC. Sedangkan pada trigger serta echo didapatkan tegangan kerja sebesar 2 VDC dan 0,8 VDC.  Jarak  0  –  15  cm,  sensor  ultrasonik  dapat mengukur  jarak  tampa  adanya  perbedaan  nilai  yang terukur  pada  mistar  dengan  nilai  yang  terukur  pada sensor.  Perbedaan  jarak  akan  terjadi  pada  jarak pengukuran  >25  cm  sesuai  dengan  data  sheet  sensor ultrasonik  HC-SR04.  Perbedaan  hasil  pengujian dengan  jarak  sesungguhnya  dapat  disebabkan  oleh adanya noise. Modul sensor ultrasonik bekerja seperti gelombang  suara  yang  di  keluarkan  kelelawar  saat terbang  atau  mencari  makanan,  dimana  sensor mengirim  gelombang  ultrasonik  yang  kemudian  hasil pantulan gelombang dari benda didepannya ditangkap kembali  oleh  sensor.  Terkadang  pantulan  gelombang ultrasonik  menjadi  tidak  periodik  dan  menyebabkan hasil  pengukuran  gelombang ultrasonik  menjadi  tidak akurat.  Selain  itu  kesalahan  pengukuran  juga  dapat terjadi  karena  pembulatan  perhitungan  pada  saat pembuatan program.
B. Pengujian dan Analisa Motor Servo MG 996R
Pengukuran  dilakukan  pada  pin  data  dan  pin  ground dari motor servo. Hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel 5.
Tabel 5. Hasil pengukuran pada motor servo
Keadaan Pintu Air Besar Sudut
Putaran Motor Servo Tegangan
Motor Tertutup CW 180° 0,5 V Terbuka CCW 180° 0,087 V
Tabel 5,  merupakan pengukuran tegangan motor servo pada kondisi putaran dengan sudut 0° dan 180°. Motor servo  akan  bergerak  apabila  sensor  ultrasonik mendeteksi  kekurangan  air,  dimana  motor  akan berputar  180  derajat  dan  kembali  ke  posisi  0  derajat setelah air terisi cukup. Pengukuran tegangan dilakukan pada Pin Data dan Pin Ground dimana didapatkan hasil bahwa saat motor servo berputar CW 180° didapatkan tegangan sebesar 0,5 V, sedangkan ketika motor servo berputar CCW 180° didapatkan tegangan sebesar 0,087 V.  Berarti  motor  servo  memerlukan  tegangan  yang lebih besar untuk berputar dari 0 derajat − 180 derajat.

## D. Pengujian dan Analisa Modul GSM SIM800L
Pengujian Modul GSM SIM800L V2 dilakukan untuk mengetahui apakah modul ini bisa mengirimkan sms ke nomor  handpone  pemilik  sawah  serta  mengukur tegangan  ketika  sms  dikirimkan.  Pengujian  ini dilakukan  pada  saat  pintu  air  berubah  kondisi  dari terbuka  ke  tertutup  dan  sebaliknya,  atau  pada  saat kondisi sensor ultrasonik membaca ketinggian air pada lahan  persawahan.Untuk  lahan  persawahan  yang awalnya  kosong  atau  berisi  tetapi  tak  penuh,  maka modul  GSM  SIM800L  V2 akan mengirimkan  sms  ke pemilik  untuk  memberikan  informasi  seperti  pada gambar 5, 6 dan 7.
Gambar 5. Penerimaan SMS keadaan sawah 1 & 2
Gambar 6. Penerimaan SMS keadaan sawah 1
Gambar 7. Penerimaan SMS air tercukupi di sawah 1 & 2
Elektron Jurnal Ilmiah Vol.. 10   No. 1 (2018)  18 -22
Pengukuran Tegangan  ini  dilakukan  pada pin  Rx  dan Tx  modul  SIM800L  V2.  Hasil  pengukuran  yang didapatkan dapat dilihat pada tabel 6.
Tabel 6. Pengukuran Tegangan SIM800L V2 saat pengiriman sms
Titik Pengukuran PIN SIM800L V2 Tegangan saat SIM800L V2 aktif Tegangan saat SIM800L V2 tidak aktif TP 1 RX 4,96 V DC 1,3 V DC TP 2 TX
4,96 V DC 1,3 V DC
Berdasarkan  gambar  diatas,  sms  akan  di  kirim  ke handphone menggunakan Modul SIM800L V2 sebagai notifikasi keadaan sawah sebelum dan sesudah pintu air membuka  atau  menutup  sesuai  hasil  pembacaan ketinggian  air  oleh  sensor  ultrasonik.  Dari  pengujian yang  dilakukan  dapat  dianalisa  bahwa  untuk mengaktifkan  modul  SIM800L  V2  menggunakan tegangan  Vcc  /  4,5  –  5,2V_DC.  jika  tegangan  yang diberikan  kecil  dari 4,5  VDC, maka modul  SIM800L V2  tidak akan dapat mengirimkan SMS ke Handphone.

## V. KESIMPULAN
1. Sensor  Ultrasonik  bekerja  untuk  mendeteksi jarak berdasarkan adanya pantulan gelombang ultrasonik,  dimana  pembacaan ketinggian  air sawah dari sensor adalah >= 15 cm.
2. Motor  servo  akan  menggerakan  pintu  air untuk  membuka  dengan  sudut  putaran  CCW 180 derajat dan menutup dengan sudut putaran CW 180 derajat sesuai jarak yang terukur pada sensor ultrasonik.
3. SIM800L  V2  adalah  modul  pengirim  SMS notifikasi ke handphone saat sensor ultrasonik HC-SR04 membaca jarak permukaan air lebih dari 15 cm dan 15 cm dari sensor.

## REFERENSI
[1]  Bhandari  V,  Abrol  P.  Field  Monitoring  of  Treated  Industrial Waste Water. International Journal  of  Electrical and Computer Engineering (IJECE). 2013; 3(5): 629-634.
[2]    Li  L,  Cao  F,  Li  Z.  Water  Level  Intelligent  System  of  Data Acquisition and Early Warning. Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. 2014; 12(6): 4671-4678.
[3]  Ranjbar  MR,  Abdalla  AH.  Development  of  an  Autonomous Remote  Access  Water  Quality  Monitoring  System.  Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. 2017; 8(2): 467-474.
[4]  M. Dwisnanto Putro dan Jane Litouw. Robot Pintar Penyambut Costumer  pada  Pusat  Perbelanjaan  Kota  Manado.  Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 13, No. 1, April 2017, hal. 8-17
[5]    Ery  Safrianti,  Rahyul  Amri  dan  Septian  Budiman.  Prototype Robot  Pemadam  Api    Beroda  Menggunakan  Teknik  Navigasi Wall  Follower.  Jurnal  Rekayasa  Elektrika  Vol.  10,  No.  2,
Oktober 2012, hal 83-91
[6] AlFazfri, Jefri. 2017. Rancang  Bangun  Sistem  Pengontrolan  Ph Air  Pada  Condensate  Outlet  Unit  Di  PLTU  Ombilin  Berbasis Mikrokontroller. Padang: Politeknik Negeri Padang
[7]  Anton,  ST.,MT.  “Pengendalian  Beban  Generator  PLTMH Berbasis  Mikrokontroller.”  National  Conference  of  Applied Sciences,  Engineering,  Business  and  Information  Technology ISSN:2541-111x  (2016):  https://repo.polinpdg.ac.id//.  Web.  19 Jul. 2018
[8]  Borror,  D.J.,  Triplehor,  N.,  and  Johnson,  N.F.  2005.  Study  of Insect.Ed-7. Amerika: Thomson Brook/ Cole
[9] Malik,  Abrar  Abdul. 2017. Rancang  Bangun Penjemur Pakaian Berbasis  Mikrokontroller  Menggunakan  Modul  SIM800L.
Padang: Politeknik Negeri Padang
[10]  Putra,  Desri  Aldi.  2017.  Sistem  Pengaman  Brankas Menggunakan RFID Dan Notifikasi SMS Berbasis Mikrokontroller. Padang: Politeknik Negeri Padang
[11]  Rahayu,  Nofiana  Dian.,  Sasmito,  Bandi.,  Bashit,  Nurhadi. “ANALISIS  PENGARUH  FENOMENA  INDIAN  OCEAN DIPOLE  (IOD)  TERHADAP  CURAH  HUJAN  DI  PULAU JAWA”  Jurnal  Geodesi  Undip  Volume  7,  Nomor  1  (2018): https://ejournal3.undip.ac.id//. Web. 19 Jul.2018