## Institut Riset dan Publikasi Indonesia (IRPI)
MALCOM: Indonesian Journal of Machine Learning and Computer Science
Journal Homepage: https://journal.irpi.or.id/index.php/malcom Vol. 4 Iss. 1 January 2024, pp: 118-129 ISSN(P): 2797-2313 | ISSN(E): 2775-8575

## Smart IoT-Based Hydroponic Rice Farming System in Urban Areas to Enhance Food Security for the Community
Sistem Pertanian Hidroponik Padi Cerdas Berbasis IoT pada Lahan Urban/ Perkotaan Guna Menambah Ketahanan Pangan Masyarakat
Muhammad Akbar Setiawan 1* , Sulistiyasni 2
1,2 Program Studi D3 Teknik Informatika, STMIK Widya Utama
E-Mail: 1 akbar@swu.ac.id, 2 sulistyasnipwt@swu.ac.id
Received Aug 30th 2023; Revised Oct 26th 2023; Accepted Dec 25th 2023 Corresponding Author: Muhammad Akbar Setiawan

## Abstract
Hydroponic rice cultivation can serve as a solution for urban food security. Maintaining hydroponic plants is easier due to the clean cultivation environment, sterile planting media, protection from rain, and minimal pest and disease threats, resulting  in  healthier  plants  and  higher  productivity.  Rice,  belonging  to  the  Oryza  L  genus,  is  found  in  tropical  and subtropical  regions.  Rice growth  and  productivity depend on  soil  pH,  water  levels,  air  humidity, and  light  intensity.  In hydroponic systems, factors like temperature, humidity, and nutrient provision are crucial indicators of one's success in adopting hydroponic farming practices. Gathering requirements for the optimal plant environment, a Prototyping method is  employed  in  this  research.  The  Smart  Hydroponic  Rice  Farming  Device  utilizes  soil  moisture  sensors,  air  humidity sensors, light intensity sensors, a water level sensor, Wemos as the central controller and communicator, and WiFi for data uploads. The device outputs real-time data on soil moisture, air humidity, soil pH, water levels in the hydroponic pipes, and light intensity. The research aims to create a prototype of an IoT-based Smart Hydroponic Rice Farming Device applicable in rice cultivation installations.
Keyword: Hidroponik, IoT, Paddy, Paddy Farming, Urban Farming.

## Abstrak
Budidaya  padi  secara  hidroponik  dapat  menjadi  salah  satu  solusi  ketahanan  pangan  perkotaan.  Pemeliharaan  tanaman hidroponik lebih  mudah  karena  tempat  budidayanya  bersih,  media  tanam  steril,  terlindung  dari terpaan  hujan,  serangan hama  dan  penyakit  kecil,  serta  tanaman  lebih  sehat  dan produktivitas  tinggi.  Padi termasuk  genus  Oryza  L,  tersebar  di daerah tropis serta daerah subtropis. Padi adalah tanaman yang untuk pertumbuhannya, produktivitas padi ditentukan oleh kondisi  PH  tanah,  ketinggian  air,  kelembapan  udara,  intensitas  cahaya.  Dalam  sistem  tanam  hidroponik  faktor  suhu, kelembaban dan pemberian nutrisi pada tanaman menjadi tolak ukur keberhasilan seseorang dalam menerapkan pola cocok tanam hidroponik. Kebutuhan akan lingkungan hidup yang optimal untuk tanaman padi akan dikumpulkan untuk kemudian membuat  perangkat  yang  membantu  petani  menyesuaikan  lingkungan  yang  diinginkan.  Metode  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  metode  Prototyping,  Perangkat  Pertanian  Hidroponik  Padi  Cerdas  ini  menggunakan  sensor kelembapan  tanah,  kelembapan  udara,  intensitas  cahaya,  water  level  sensor  Wemos  sebagai  Pusat  pengendali  dan komunikasi  serta  WiFi  untuk  mengunggah  data  ke  Internet.  Keluaran  dari  perangkat  ini  adalah  data  Waktu  Nyata Pembacaan  Sensor  Kelembaban  tanah, udara, PH  Tanah, ketinggian  air dalam  Pipa  hidroponik,  serta  intensitas  cahaya. Tujuan Penelitian ini adalah membangun Purwarupa Perangkat Pertanian Hidroponik Padi Cerdas Berbasis IoT yang dapat diterapkan pada Instalasi Hidroponik tanaman padi.
Kata Kunci: Hidroponik, IoT, Padi, Paddy Farming, Urban Farming.

## 1. PENDAHULUAN
Padi, sebagai salah satu jenis dalam genus Oryza L., memiliki sekitar 25 spesies yang tersebar luas di daerah tropis dan subtropis seperti Asia, Afrika, Amerika, dan Australia [1]. Di Indonesia, padi (Oryza sativa L.) menjadi makanan pokok hampir seluruh penduduk [2]. Faktor-faktor seperti perubahan intensitas cahaya, ketinggian  air,  kelembapan  udara,  dan  kelembapan  tanah  memiliki  pengaruh  yang  signifikan  terhadap pertumbuhan tanaman, terutama padi. Kurangnya kewaspadaan dan pemantauan yang rutin dari para petani
terhadap pertumbuhan padi dapat menyebabkan kondisi tumbuhan yang kurang optimal, yang pada akhirnya dapat mempengaruhi kualitas hasil panen [3].
Tanaman  Padi  saat  ini  sudah  dapat  dibudidayakan  dengan  menggunakan  teknik  hidroponik  tanpa menggunakan  tanah  dan  air  yang  melimpah.  Artinya,  hidroponik  merupakan  teknik  bertanam  di  air  yang mengandung  campuran  nutrisi  yang  diperlukan  oleh  tanaman.  Sistem  hidroponik  seringkali  melibatkan penggunaan  media  tumbuh  selain  tanah  untuk  mendukung pertumbuhan  tanaman  [4].  Pemerintah  memiliki tujuan untuk mencapai swasembada beras dengan menjaga agar harga beras tetap terjangkau bagi masyarakat. Pertumbuhan  jumlah  penduduk  di  perkotaan  menyebabkan peningkatan  penggunaan  lahan  untuk  keperluan pemukiman  penduduk  [5].  Salah  satu  solusi  yang  diterapkan  adalah  urban  farming.  Pertanian  perkotaan memanfaatkan lahan terbatas, termasuk lahan yang tidak digunakan atau terbengkalai. Konsep urban farming mendorong kreativitas individu dalam mengoptimalkan hasil panen di lahan yang terbatas, sambil mengurangi biaya  yang  diperlukan  [6].Pada  dasarnya,  urban  farming  mengasah  individu  untuk  kreatif  dalam mengoptimalkan hasil panen di lahan terbatas dan meminimalkan biaya [6]. Purwarupa alat merupakan hasil dari  percobaan  dan  perekayasaan  di  dalam  laboratorium,  yang  akan  peneliti  terpakan  di  lingkungan  yang terbatas.  Hasil  perekayasaan  akan  dikumpulkan  data  dan  kemudai  dianalisa  guna  diketahui  lebih  jauh mengenai kesesuaian alat dengan kinerja yang diharapkan oleh peneliti.
Permasalahan  yang  dihadapi  petani  hidroponik  adalah  sulitnya  memonitoring  keadaan  lingkungan didalam  Rumah  Tanam,  terutama  tanaman  padi  yang  membutuhkan  lingkungan  yang  baik  dan  memadai. Sementara  kebutuhan  pangan  yang  terus  bertambah  dan  tidak  berkurang  setiap  tahun  nya,  mengharuskan pemerintah untuk mengambil kebijakan impor beras setiap tahun nya dengan jumlah yang mencapai 400ribu Ton  pada  tahun  lalu  [8].  Maka  penelitian  ini  menjadi  memiliki  alas  an  dan  urgensi  yang  kuat  mengingat terbatasnya lahan perkotaan yang bisa digunakan untuk menanam padi dan menghasilkan beras.
Penelitian ini berdasarkan pada penelitian sebelumnya yang juga membahas mengenai Penerapan IoT pada  Sistem  Hidroponik.  Pada  tahun  2021,  dilakukan  penelitian  berjudul  "Sistem  Pengukuran  PH, Kelembapan, dan Suhu Berbasis Internet of Things (IoT)" oleh penulis Wahyuni Eka Sari, Eko Junirianto, dan Geofani  Fatur  Rahman.  Penelitian  ini  menyoroti  Petani  cabai  di  Samarinda  menghadapi  masalah  dalam pemantauan  kondisi  tanaman  ketika  mereka  berada  jauh  dari  kebun  atau  rumah  mereka.  Untuk  mengatasi masalah tersebut, penelitian ini menggunakan metode yang melibatkan penggunaan beberapa perangkat dan komponen teknologi, seperti Sensor Kelembapan Tanah, Sensor PH Tanah, ANTARES Kit / Wemos, Kabel Jumper, Potensiometer, dan Baterai 9V. Selain itu, perangkat lunak yang terlibat dalam penelitian ini meliputi sistem operasi Windows 10, sistem operasi Android, dan platform web ANTARES. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengusulkan solusi dengan membuat alat yang mampu mengukur tingkat pH tanah, kelembaban tanah,  serta  suhu  udara  berbasis  Arduino/wemos.  Hal  ini  diharapkan  dapat  membantu  petani  cabai  dalam memantau kondisi tanaman mereka meskipun mereka berada jauh dari lokasi kebun atau rumah mereka sebagai langkah awal dalam membantu petani memantau kondisi tanaman secara jarak jauh. [9]
Pada  tahun  2020, dilakukan penelitian  yang  berjudul  "Kajian  Irigasi  Mikro  Pada  Sistem  Hidroponik Padi (Oriza sativa L.) Varietas Serayu Dalam Rumah Tanaman" yang ditulis oleh Christian N.G. Moningkal, Daniel  P.M.  Ludong,  dan  David  P.  Rumambi.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengeksplorasi  isu-isu  terkait penggunaan irigasi mikro dalam sistem hidroponik, dengan fokus pada analisis kebutuhan air irigasi pada fase vegetatif serta upaya meningkatkan efisiensi penggunaan air dalam pertumbuhan padi varietas Serayu pada praktik pertanian perkotaan yang berkelanjutan. Metode eksperimental yang digunakan dalam penelitian ini adalah analisis deskriptif dengan menerapkan 3 perlakuan yang berbeda berdasarkan ketebalan aliran air pada sistem  hidroponik  Deep  Flow  Technique  (DFT),  yaitu:  2  cm,  4  cm,  dan  6  cm.  Data  yang  diperoleh  dari pengamatan dan perhitungan kemudian disajikan dalam bentuk grafik dan tabel guna mempermudah analisis. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa Ketebalan aliran air pada sistem hidroponik Deep Flow Technique (DFT)  berperan  signifikan  dalam  mempengaruhi  nilai  evapotranspirasi,  pertumbuhan  tanaman  padi,  serta efisiensi penggunaan air [7].
Pada  tahun  2018,  dilakukan  sebuah  penelitian  berjudul  "Rancang  Bangun  Sistem  Monitoring Kelembaban  Tanah  dan  Suhu  Udara  Berbasis  GSM  SIM  900A  DAN  ARDUINO  UNO"  yang  ditulis  oleh Wulantika Sintia, Dedy Hamdani, dan Eko Risdianto. Penelitian ini menyoroti permasalahan seputar rancangan serta  pembuatan  alat  monitoring  kelembaban.  Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  Metode Research and Development. Solusi yang diusulkan dalam penelitian ini adalah pembuatan alat monitoring yang mampu  mengukur  kelembaban  tanah  dan  suhu  udara  pada  tanaman  dengan  menggunakan  teknologi  GSM SIM900A dan Arduino Uno sebagai basis utamanya [10].
Berdasarkan  latar  belakang  dan  rumusan  prmasalahan  yang  dialami  oleh  petani  hidroponik,  maka peneliti mengusulkan untuk melakukan penelitian yang bertujuan untuk Membuat Purwarupa Alat yang dapat mengamati lingkungan Hidup Tanaman Padi yang terdapat pada area Greenhouse.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Diagram Alir Penelitian dijelaskan pada Gambar diatas Terdiri dari 4 tahapan sebagai berikut.
Gambar 1. Metodologi Penelitian

## 2.1. Indikator
Media  Hidroponik  membutuhkan  kontrol  dan  monitoring  Lingkungan  Secara  Waktu  Nyata,  ini dikarenakan kandungan Nutrisi dalam media Hidroponik dikondisikan secara manual kandungan nutrisi dan mineral, serta tingkat keasaman serta kelambaban yang berbeda jika menggunakan media tanam berupa tanah sawah.

## 2.2. Metode
Mertode  yang  digunakan  dalam  penelitian  adalah  metode  prototype  yang  terdapat  tahapan-tahapan sebagai berikut.
1. Identify Basic Requirement dengan Studi Pustaka Tahap pertama melibatkan pengumpulan data serta  identifikasi kebutuhan perangkat keras yang akan dikonstruksi. Peneliti melakukan analisis untuk menentukan kebutuhan sistem yang diperlukan dengan melakukan  studi  pustaka  mengenai  lingkungan  tumbuh  optimal  untuk  tanaman  padi  dengan  media tanam Hidroponik.
2. Develop initial prototype (Pembuatan Purwarupa)
Langkah selanjutnya adalah merancang cara kerja sistem secara umum dengan menggunakan diagram Use case alat Sistem Pertanian Hidroponik Padi Cerdas Berbasis IoT yang ada di gambar.

## Gambar 2. Use Case Sistem
User  Berinteraksi  dengan  Sistem  Pertanian  Hidroponik  Padi  Cerdas  Berbasis  IoT  dengan  melihat Website  Sebagai  Antarmuka  yang  menghubungkan  antara User  dengan  Perangkat  Keras.  Website  Tersebut
Sistem Pertanian Hidroponik Padi
memuat Informasi yang diperlukan adalah pembacaan sensor kelembaban tanah, kelembaban udara, ph tanah, ketinggian air dan intensitas cahaya.
Walaupun  menggunakan  media  hidroponik  namun  peneliti  menggunakan  metode  yang  umum digunakan untuk hidroponik tanaman padi yaitu menggunakan media tanah kompos dan arang sekam, sehingga peneliti menggunakan sensor Kelembaban tanah dan PH tanah sebagai bahan didalam penelitian ini. Perangkat keras dibangun dengan beberapa komponen inti yaitu wemos, sensor kelembaban tanah, sensor kelembaban udara, sensor ph tanah, sensor ketinggian air, dan sensor intensitas cahaya. Spesifikasi untuk perancangan dan realisasi perangkat keras sistem akan diuraikan sebagai berikut:
1. Sensor kelembaban tanah berperan dalam mendeteksi kadar kelembaban pada tanah agar tidak menjadi lingkungan yang terlalu kering bagi tanaman padi hidroponik
2. Sensor kelembaban udara berfungsi untuk mengetahui kelembaban udara di lingkungan tanaman padi
3. Rentang kelembaban yang bisa terbaca oleh sistem berkisar antara 30 hingga 100%.
4. Fungsi  dari  sensor  pH  tanah  adalah  untuk  melakukan  pemantauan  dan  mengatur  pemberian  air  dan nutrisi kepada tanaman padi yang ditanam secara hidroponik.
5. Sensor ultrasonik didesain untuk mengawasi tingkat ketinggian air dan nutrisi saat terjadi sirkulasi air pada akuarium.
6. Sensor intensitas cahaya digunakan untuk mengetahui besaran intensitas cahaya yang ada di lingkungan greenhouse
7. Wemos digunakan sebagai perangkat mikrokontroler yang berfungsi untuk menyimpan program yang digunakan oleh sistem perangkat keras ini. Wemos ini juga digunakan sebagai tempat pemrosesan dari sistem perangkat keras ini.
8. GSM Shield digunakan sebagai alat untuk koneksi ke Internet sebagai sarana yang digunakan untuk mengirim data ke cloud Server
9. Cloud Server yang digunakan merupakan pihak ketiga yang dapat menampung data yang dikirimkan dari wemos.

## 3. HASIL DAN PEMBAHSAN

## 3.1. Hasil Pengembangan Sistem
Hasil pengembangan system dengan metode prototype adalah sebuah Sistem Pertanian Hidroponik Padi Cerdas Berbasis IoT pada Lahan Urban/Perkotaan Guna  Menambah Ketahanan Pangan Masyarakat, dengan performa sebagai berikut.
1. Alat dapat dioperasikan dengan mudah
2. Alat yang dibangun dapat mendeteksi kelembaban tanah, kelembaban udara, ph tanah, ketinggian air, intensitas cahaya.
3. Mikrokontroler dapat mengeluarkan output berupa pembacaan alat sensor di website pengguna, serta mengendalikan alat output berupa pompa air untuk mengalirkan nutrisi dan mengatur ketinggian air.
4. Perangkat yang disusun dapat digunakan tanpa kegagalan.
5. Perangkat  lunak  dalam  mikrokontroler  dapat  beroperasi  sesuai  dengan  harapan,  yakni  dapat menginterpretasikan data yang dipancarkan oleh sensor.
6. Alat yang dirakit mampu memenuhi kriteria spesifikasi yang telah ditetapkan, yakni:
a) Bisa membaca keluaran dari sensor PH Tanah, Kelembaban Udara, Suhu Udara, Kelembaban Tanah untuk mendeteksi kesesuaian lingkungan tumbuh kembang padi yang optimal.
b) Bisa Membaca Ketinggian Air didalam Paralon Hidroponik Guna Menjaga Ketersediaan Air dan Nutrisi bagi tanaman padi.
c) Dapat mengelola pompa air untuk menjaga ketinggian air dan nutrisi di dalam paralon hidroponik
d) Membaca intensitas Cahaya pada lingkungan greenhouse.

## 3.2. Pembahasan Pengembangan Sistem 3.2.1  Identify Basic Requirement
Tahap  awal melibatkan  identifikasi  kebutuhan  perangkat keras  yang  akan  dikembangkan.  Perancang melakukan  analisis  kebutuhan  sistem  bersama  pengguna, di  mana  petani mengalami kesulitan  untuk  secara konsisten mengawasi suhu dan kelembaban dalam Rumah Padi saat diperlukan. Bagian inti dari alat pengendali suhu, kelembaban, dan cahaya di Rumah Padi ini adalah wemos, sensor kelembaban tanah, sensor kelembaban udara, sensor ph tanah, sensor ketinggian air, sensor intensitas cahaya.
Tabel 4. Hasil Analisis Identify Basic Requirement
No. Masalah yang dihadapi Identifikasi penyebab masalah 1. Kesulitan  dalam  mengetahui  Lingkungan yang  ideal  didalam  lingkungan  tanam  padi hidroponik Harus  menggunakan  alat  ukur  untuk  masing  – masing kondisi lingkungan, alat tersebut hanya bisa diamati didalam lingkungan tanam
No. Masalah yang dihadapi Identifikasi penyebab masalah 2. Lingkungan  tanam  yang  ideal  tidak  bisa terpantau jika petani tidak di lokasi akibat alat ukur  pengamatan  hanya  terdapat  pada lingkungan tanam padi hidroponik Alat  ukur  Kelembaban  tanah,  PH  tanah  Suhu  dan kelembaban  udara,  kondisi  air  dalam  paralon,  dan kondisi  Cahaya  terdapat  di  sekitar  Rumah  Tanam saja.
Tabel 5. Alternatif Pemecahan Masalah No. Identifikasi penyebab masalah Alternatif pemecahan masalah 1. Harus menggunakan alat ukur untuk masing – masing  kondisi  lingkungan,  alat  tersebut hanya bisa diamati didalam lingkungan tanam Membangun  Alat  yang  menggunakan  sensor  yang lengkap  secara  terintegrasi  dan  praktis  untuk  bisa diamati dengan mudah oleh petani 2. Alat ukur Kelembaban tanah, PH tanah Suhu dan  kelembaban  udara,  kondisi  air  dalam paralon,  dan  kondisi  Cahaya  terdapat  di sekitar Rumah Tanam saja. Membangun  Alat  yang  menggunakan  sensor  yang lengkap  secara  terintegrasi  dan  praktis  untuk  bisa diamati  dengan  mudah  oleh  petani,  serta  membuat antarmuka  berbasis  internet  sehingga  petani  dapat mengamati  keadaan  lingkungan  Rumah  tanam dimanapun dan kapanpun secara Real Time

## 3.2.2  Develop initial prototype
Tahapan ini menghasilkan skema atau gambaran dari susunan alat pengendali di Rumah Padi. Setelah pembuatan  skema  rangkaian,  langkah  berikutnya  adalah  menyusunnya  pada  papan  sirkuit  (PCB),  dan selanjutnya menghasilkan antarmuka pengguna (user interface) sebagai berikut:
1. User interface sistim minimum Wemos
Sistem  minimum  ini  merupakan  fondasi  yang  mendukung  operasi  mikrokontroler,  khususnya Mikrokontroler Wemos. Tanpa sistem minimum ini, mikrokontroler tidak akan dapat beroperasi sesuai kebutuhan yang diinginkan. Rancangan ini telah dimodifikasi agar dapat mendukung kebutuhan input dan output yang dibutuhkan oleh alat pengendali Lingkungan di Rumah Padi.

## Gambar 3. Wemos
Wemos  adalah  sebuah  modul  elektronik  yang  dapat  digunakan  bersama  Arduino  dan  berbasis  pada platform  ESP8266,  sehingga  sering  digunakan  untuk  membuat  proyek  IoT.  Keunikan  Wemos dibandingkan  dengan  modul  Wi-Fi  lainnya  adalah  adanya  mikrokontroler  terintegrasi  yang  dapat diprogram  melalui  port  serial.  Fitur  unik  ini  memungkinkan  Wemos  diprogram  tanpa  memerlukan modul tambahan untuk melengkapi fungsinya [11].
2. User interface Sensor Ph tanah
Sensor pH memiliki bentuk batang elektroda yang akan terhubung ke Arduino. Sensor ini serupa dengan sensor  pH  yang  digunakan  pada  pH  meter  tanah  yang  sudah  umum  dijual  di  pasaran.  Rentang pengukuran pada sensor pH ini berkisar antara 2,5 hingga 9 pada skala pH. Cara penggunaannya adalah dengan menyisipkan batang sensor ke dalam tanah hingga kedalaman sekitar 15cm atau 20cm [12].
3. User interface Sensor kelembaban tanah
Gambar 5. Sensor kelembaban Tanah
Sensor  kelembaban  tanah  merupakan  sebuah  modul  yang  dirancang  untuk  mendeteksi  tingkat kelembaban pada tanah, dan dapat diakses menggunakan mikrokontroler seperti Arduino. Sensor ini berguna  dalam  berbagai  sistem  pertanian,  perkebunan,  dan  juga  dalam  sistem  hidroponik  yang menggunakan hidroton. Soil Moisture Sensor digunakan dalam sistem penyiraman otomatis atau untuk memonitor kelembaban tanah tanaman secara langsung atau daring (online). Sensor ini umumnya dijual dalam paket yang terdiri dari dua modul, yakni sensor yang berfungsi untuk mendeteksi kelembaban dan modul elektronik yang bertugas sebagai penguat sinyal [13].

## 4. Sensor Suhu dan Kelembaban Udara DHT 11
Gambar 6. Sensor Suhu dan Kelembaban Udara
DHT11  merupakan  sensor  digital  yang  dirancang  untuk  mengukur  suhu  dan  kelembaban  udara  di sekitarnya. Sensor ini dapat digunakan dengan mudah bersama dengan Arduino. Sensor ini terbilang stabil dan memiliki tingkat akurasi kalibrasi yang tinggi. Koefisien kalibrasi disimpan di dalam memori program  OTP,  yang  mengakibatkan  modul  ini  diikutsertakan  dalam  perhitungan  ketika  sensor mendeteksi suatu informasi [14].
5. Sensor Intensitas Cahaya Lux BH1750
Modul sensor intensitas cahaya BH1750 adalah sensor cahaya digital yang menghasilkan sinyal digital, sehingga tidak memerlukan perhitungan yang kompleks. Dibandingkan dengan sensor lainnya seperti fotodiode  dan  LDR  yang  menghasilkan  sinyal  analog  dan  memerlukan  perhitungan  tambahan  untuk memperoleh data intensitas cahaya, sensor BH1750 ini lebih akurat dan lebih mudah digunakan [15].
Gambar 7. Sensor Intensitas Cahaya

## 6. Sensor Ultrasonik untuk Mengukur Ketinggian Air

## Gambar 8. Sensor Ultrasonik
HC-SR04 adalah sensor ultrasonik yang siap digunakan, yang berperan sebagai pemancar, penerima, dan pengendali gelombang ultrasonik. Sensor ini mengeluarkan gelombang ultrasonik pada frekuensi 40.000  Hz  yang  merambat  melalui  udara.  Apabila  ada  benda  atau  halangan  dalam  jarak  pancaran gelombang, gelombang ultrasonik tersebut akan dipantulkan kembali ke modul [16].

## 7. Pembangunan Program dengan menggunakan Arduino IDE
Arduino  IDE  adalah  perangkat  lunak  open-source  yang  dirancang  khusus  untuk  memprogram mikrokontroler Arduino. Aplikasi ini dapat diakses pada sistem operasi Windows, Mac OS, dan Linux, dan  tersedia  untuk  diunduh  secara  gratis  dari  situs  resmi  Arduino.  Arduino  IDE  memungkinkan pengguna untuk membuat program untuk mikrokontroler Arduino menggunakan bahasa pemrograman C atau C++. Dikenal dengan antarmuka yang sederhana dan ramah pengguna, bahkan bagi mereka yang baru memulai dalam pemrograman, aplikasi ini menjadi alat yang mudah digunakan untuk membangun proyek dengan mikrokontroler Arduino [17]. Pada Proses ini, peneliti membuat Program yang akan di unggah ke dalam mikrokontroler pada Wemos. Program ini Akan Mampu lingkungan melalui sensor sensor yang melekat pada nya. Berikut adalah potongan Program yang peneliti buat untuk membaca keadaan  lingkungan  yaitu,  Suhu  dan  Kelembaban  Udara,  Kelembaban  Tanah,  PH  Tanah,  Intensitas Cahaya dan Ketinggian Air

## 3.2.3  User Review
Dalam tahap ini, peneliti mengevaluasi hasil keluaran Prototype, apakah sudah sesuia dengan Harapan yang diinginkan sesuai dengan tujuan penelitian. Peneliti juga membuat Sebuah user interface dengan website dengan  menggunakan  cloud  server  blynk.  Blynk  merupakan  sebuah  platform  aplikasi  yang  tersedia  secara gratis  untuk  sistem  operasi  iOS  dan  Android.  Platform  ini  berperan  dalam  mengontrol perangkat-perangkat seperti Arduino, Raspberry Pi, dan sejenisnya melalui koneksi internet. Blynk didesain khusus untuk aplikasi Internet of Things (IoT) dengan fokus pada kemampuan pengendalian perangkat keras dari jarak jauh, tampilan visualisasi  data  dari  sensor,  penyimpanan  data,  visualisasi  data,  serta  memiliki  kemampuan  lain  yang canggih[18].

## 3.2.4  Revise and Enhance the Prototype
Setelah  pengguna  melakukan  evaluasi,  langkah  selanjutnya  adalah  mengemas  alat  pengendali  suhu, kelembaban, dan cahaya ini. Pengemasan dilakukan menggunakan kotak yang sudah dimodifikasi agar lebih praktis dan mudah dipasang. Ketika ditemukan kekurangan pada alat, perbaikan dilakukan dengan segera.
Langkah  berikutnya  adalah  merancang  cara  kerja  sistem  secara  keseluruhan  dengan  menggunakan Diagram Use case alat Sistem Pertanian Hidroponik Padi Cerdas Berbasis IoT yang ada di gambar.
Gambar 9. Use Case Sistem
User  Berinteraksi  dengan  Sistem  Pertanian  Hidroponik  Padi  Cerdas  Berbasis  IoT  dengan  melihat Website  Sebagai  Antarmuka  yang  menghubungkan  antara User  dengan  Perangkat  Keras.  Website  Tersebut memuat Informasi yang diperlukan adalah pembacaan sensor kelembaban tanah, kelembaban udara, ph tanah, ketinggian air dan intensitas cahaya.
Walaupun  menggunakan  media  hidroponik  namun  peneliti  menggunakan  metode  yang  umum digunakan untuk hidroponik tanaman padi yaitu menggunakan media tanah kompos dan arang sekam, sehingga peneliti menggunakan sensor Kelembaban tanah dan PH tanah sebagai bahan didalam penelitian ini. Perangkat keras dibangun dengan beberapa komponen inti yaitu wemos, sensor kelembaban tanah, sensor kelembaban udara, sensor ph tanah, sensor ketinggian air, dan sensor intensitas cahaya.
Spesifikasi untuk perancangan dan realisasi perangkat keras sistem akan diuraikan sebagai berikut:
1. Sensor kelembaban tanah berperan dalam mendeteksi kadar kelembaban pada tanah agar tidak menjadi lingkungan yang terlalu kering bagi tanaman padi hidroponik
2. Sensor kelembaban udara berfungsi untuk mengetahui kelembaban udara di lingkungan tanaman padi
3. Rentang kelembaban yang bisa terbaca oleh sistem berkisar antara 30 hingga 100%.
4. Fungsi  dari  sensor  pH  tanah  adalah  untuk  melakukan  pemantauan  dan  mengatur  pemberian  air  dan nutrisi kepada tanaman padi yang ditanam secara hidroponik.
5. Sensor ultrasonik didesain untuk mengawasi tingkat ketinggian air dan nutrisi saat terjadi sirkulasi air pada akuarium.
6. Sensor intensitas cahaya digunakan untuk mengetahui besaran intensitas cahaya yang ada di lingkungan greenhouse
7. Wemos digunakan sebagai perangkat mikrokontroler yang berfungsi untuk menyimpan program yang digunakan oleh sistem perangkat keras ini. Wemos ini juga digunakan sebagai tempat pemrosesan dari sistem perangkat keras ini.
8. Cloud Server yang digunakan merupakan pihak ketiga yang dapat menampung data yang dikirimkan dari wemos.

## Gambar 10. Sensor Sensor
Sensor adalah adalah elemen yang mengubah sinyal fisik/kimia menjadi sinyal elektronik. Umumnya sensor  dibentuk dari  transduser  yang  telah  mengubah besaran  fisik  atau  kimia  tersebut menjadi  bentuk  lain terlebih dahulu [19]. Pembacaan Sensor Tersebut dilakukan secara waktu nyata dan dapat diakses darimana saja karena data pembacaan sensor akan diunggah ke cloud Server. Data yang diunggah ke cloud server ini memungkinkan pembacaan data dapat diakses darimana saja dan kapan saja. Bagan cara kerja alat dan website sebagai sistem lengkap bisa dilihat pada gambar 10.
Gambar 11. Bagan Sistem Pertanian Hidroponik Padi Cerdas Berbasis IoT System
Tahap  selanjutnya  dalam  perancangan  adalah  pembuatan  Interface  Website  sebagai  implementasi teknologi IoT. Website ini akan menampilkan data yang dibaca oleh sensor-sensor yang terhubung. Tahapan dalam perancangan interface website tersebut dilakukan oleh ketua dan anggota peneliti.
1. Pengendali  dan  pemantau  kendaraan  menggunakan  perangkat  lunak  yang  telah  diuji  menggunakan metode  pengujian  black  box.  Pengujian  black  box  fokus  pada  fungsionalitas  perangkat  lunak  dan bertujuan untuk mengidentifikasi kesalahan fungsi, antarmuka, struktur data, performa, inisialisasi, dan terminasi [20]. Metode ini menitikberatkan pada aspek dasar dari sistem tanpa memerhatikan struktur logika internal perangkat lunak. Pendekatan ini digunakan untuk memeriksa apakah perangkat lunak berfungsi  dengan  benar.  Dalam  pengujian  black  box,  serangkaian  kondisi  input  digunakan  untuk menguji  semua  persyaratan  fungsional  dari  program  aplikasi.  Validitas  perangkat  lunak  dilihat  dari keluaran  yang  dihasilkan  dari  kondisi  input  tersebut,  tanpa  memperhatikan  bagaimana  proses mendapatkan hasil keluaran aplikasi tersebut.

## 2. Pengujian dan Analisis Perangat Keras
Pengujian  perangkat  keras  dilakukan  untuk  mendapatkan  kesesuaian  pengukuran  antara  lingkungan ideal yang dibutuhkan untuk penelitian. Lingkungan di dalam purwarupa kumbung jamur direkayasa agar mendapat lingkungan yang tidak ideal bagi tumbuh kembang jamur tiram. Hal ini dilakukan untuk pengujian sensor apakah mampu membaca rangsangan suhu, kelmbaban dan cahaya yang tidak sesuai pada purwarupa kumbung jamur. Berikut adalah item pengujian yang dilakukan pada perangkat keras:
Tabel 6. Item Pengujian Perangkat Keras Alat Yang Diuji Butir Pengujian Jumlah Uji Modul Wemos Pengiriman Data Ke Perangkat Client Blynk 10 Kali Sensor Suhu dan Kelembaban Udara DHT 11 Pengujian Pembacaan Suhu 10 Kali Pengujian Pembacaan kelembaban 10 Kali Sensor Cahaya BH175 Pengujian Pembacaan Intensitas Cahaya 10 Kali Sensor Kelembaban Tanah Mengeluarkan sinyal output dari perangkat arduino ke perangkat output 10 Kali Sensor PH Tanah Mengeluarkan SInyal Output Analog untuk Mengetahui PH Tanah 10 Kali Sensor Ketinggian Air Ultrasonik Mengukur Ketinggian Air 10 Kali Tabel 7. Hasil Pengujian Modul Modul Wemos Data Masukkan Hasil Yang diharapkan Jumlah Pengujian Berhasil 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Mengirimkan Data Pembacaan Sensor ke Server Blynk Dapat Mengirim data Secara Real Time √  √  √ √  √ √  √  √ √ √
Tabel 8. Hasil Pengujian Sensor Suhu dan Kelembaban Udara DHT 11
Data Masukkan Hasil Yang diharapkan Jumlah Pengujian Berhasil 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Pengujian Pembacaan Suhu Dapat Membaca Input Suhu udara √  √  √ √  √ √ √ √ √ √
Data Masukkan Hasil Yang diharapkan Jumlah Pengujian Berhasil 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Pengujian Pembacaan kelembaban Dapat Membaca Input kelembaban udara √  √  √ √  √ √ √ √ √ √ Tabel 9. Hasil Pengujian Sensor Cahaya BH175 Data Masukkan Hasil Yang diharapkan Jumlah Pengujian Berhasil 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Pengujian Pembacaan Intensitas Cahaya Cahaya Dapat Membaca Intensitas Cahaya yang dibutuhkan √  √  √ √  √ √  √  √ √ √
Masing  masing  pengujian  dilakukan  sebanyak  10  kali  untuk  memastikan  perangkat  keras  berjalan dengan baik.

## 3. Pengujian dan analisis perangkat Lunak Blynk
Pengujian perangkat lunak dilakukan untuk mendapatkan kesesuaian hasil pengukuran perangkat keras dengan  data  yang  ditampilkan  pada  perangkat  lunak.  Perangkat  lunak  dibangun  menggunakan  apps Blynk,  dimana  data  dari  perangkat  keras  setelah  dibaca  akan  dikirimkan  ke  server  Blynk  dan  dapat dibaca oleh perangkat lunak. Setelah mendapatkan pembacaan data, maka perangkat lunak diharapkan dapat  memberikan  perintah  lanjutan  kepada  perangkat  keras  yuntuk  melakukan  pengendalian lingkungan  dalam  hal  ini  pengendalian  suhu,  kelembaban dan  intensitas  cahaya di  dalam  purwarupa kumbung  jamur.  Jika  pembacaan  perangkat  keras  menemukan  situasi  yang  tidak  ideal  bagi perkembangan  Jamur  Tiram,  maka  perangkat  lunak  akan  memberikan  notifikasi  serta  akan mengaktifkan  tombol  output  berupa  menyalakan  kipas  untuk  pengendalian  suhu,  menyalakan semprotan  kabut  untuk  pengendalian  kelembaban  serta  Lampu  LED  untuk  pengendalian  intensitas cahaya. Berikut adalah item pengujian yang dilakukan pada perangkat lunak:
Tabel 10. Aplikasi Perangkat Lunak Blynk Alat Yang Diuji Butir Pengujian Jumlah Uji Koneksi Alat dan Server Blynk Pengiriman Data Ke Perangkat Client Blynk 10 Kali Label Value Suhu Dapat Menampilkan pembacaan suhu secara waktu nyata 10 Kali Label Value Kelembaban Dapat Menampilkan pembacaan kelembaban secara waktu nyata 10 Kali Label Value Cahaya Dapat Menampilkan pembacaan intensitas cahaya secara waktu nyata 10 Kali
Masing  masing  pengujian  dilakukan  sebanyak  10  kali  untuk  memastikan  perangkat  lunak  berjalan dengan baik.
Tabel 11. Hasil Pengujian Koneksi Alat dan Server Blynk Data Masukkan Hasil Yang diharapkan Jumlah Pengujian Berhasil 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Koneksi alat Perangkat Keras dengan Server Blynk Dapat Terkoneksi antara Perangkat Keras dan Perangkat Lunak √  √  √  √  √  √  √  √  √ √ Tabel 12. Hasil Pengujian Label Value Suhu Udara Data Masukkan Hasil Yang diharapkan Hasil Perbandingan Dengan Termometer Udara Termometer Label Suhu Beda Suhu Label Value Suhu Dapat Menampilkan Pembacaan Sensor Suhu Secara Waktu Nyata 26 26 0 23 23 0 19 19 0 27 27 0 25 25 0 21 21 0 20 20 0
Tabel 13. Hasil Pengujian Label Value Kelembaban Udara Data Masukkan Hasil Yang diharapkan Hasil Perbandingan Dengan Higrometer Higrometer Label Kelembaban Beda Kelembaban Label Value Kelembaban Dapat Menampilkan Pembacaan Sensor Kelembaban Secara Waktu Nyata 46 46 0 57 54 3 61 60 1 77 76 1 38 37 1 44 43 1 89 89 0
Tabel 14. Hasil Pengujian Label Value Kelembaban Tanah
Data Masukkan Hasil Yang diharapkan Kondisi Tanah Dan Hasil Pembacaan Kondisi Tanah Label Kelembaban Label Value Kelembaban Dapat Menampilkan Situasi Tanah Lembab/Kering Basah Tanah basah Basah Tanah basah Basah Tanah basah Basah Tanah basah Kering Tanah kering Kering Tanah kering Kering Tanah kering Tabel 15. Hasil Pengujian Label Value Cahaya Data Masukkan Hasil Yang diharapkan Hasil Perbandingan dengan Pengukur Intensitas cahaya Hasil Pengukuran Label Intensitas Cahaya Label Value Cahaya Dapat Menampilkan Pembacaan Sensor Cahaya dan besaran intensitasnya Secara Waktu Nyata 74 lx 74 lx 345 lx 345 lx 90 lx 90 lx 440 lx 440 lx 85 lx 85 lx 390 lx 390 lx 94 lx 94 lx Tabel 16. Hasil Pengujian Label ketinggian Air Data Masukkan Hasil Yang diharapkan Ketinggian Air Tinggi Dalam Cm Label Ketinggian Air Label Value Ketinggian Air Dapat Menampilkan Pembacaan Sensor Ketinggian air Secara Waktu Nyata 5 cm 5 cm 6 cm 6 cm 7 cm 7 cm 8 cm 8 cm 9 cm 9 cm 10 cm 10 cm 11 cm 11 cm Tabel 17. Hasil Pengujian Label PH Tanah Data Masukkan Hasil Yang diharapkan Kondisi Tanah Dan Hasil Pembacaan Kondisi PH Tanah Label PH Tanah Label Value PH Tanah Dapat Menampilkan Pembacaan Sensor Ph tanah Secara Waktu Nyata 4.65 4.65 5.35 5.35 3.85 3.85 6.85 6.85 7.05 7.05 6.35 6.35 6.55 6.55
Pengujian Perangkat Lunak dan hasilnya bergantung pada kemampuan sinyal internet. Dalam hal ini peneliti melakukan pengujian pada suhu ruang yang terkontrol.

## 4. KESIMPULAN
Pada  penelitian  yang  telah  dilakukan,  peneliti  berhasil  membangun  purwarupa  sistem  alat  system pertanian hidroponik padi cerdas berbasis IoT yang dapat mengamati keadaan lingkungan secara terpadu dan realtime  sehingga  memudahkan  petani  dalam  mengendalikan  lingkungan  didalam  Greenhouse.  Purwarupa telah  berhasil  dibangun  dan    dapat  mengamatai  keadaan  lingkungan  sekitar  alat  dengan  baik,  berdasarkan beberapa  kali  percobaan  pembacaan  data  yang  sesuai  dengan  keadaan  lingkungan  sebenarnya,  terdapat beberapa  perbedaan  pembacaan  alat  dan  sensor,  namun  tidak  memiliki  pengaruh  yang  signifikan  dalam pembacaan lingkungan.

## REFERENSI
[1] G. Regulation, “Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82 Tahun 2001,” Jakarta  Peratur. Heriswanto.  Manfaat  Urban  Farming.  BPTP  Jakarta.  http://jakarta.litbang.pertanian.go.id.  2015. Diakses 2 maret 2023
[2] Hartus, T. Berkebun Hidroponik Secara Murah. Edisi IX. Penerbit Penebar Swadaya. 2008.
[3] Ina, H. 2007. Berocok Tanam Padi. Jakarta: Azka Mulia Media.
[4] Buhaira.  2013.  The  Effect  Of  Weeding  Time  Toward  The  Growth  of  Paddy  at  System  Of  Rice Intensification 2(2): pp. 92.
[5] Flores, K. O., Butaslac, I. M., Gonzales. J. E. M., Dumlao, S. M. G., Reyes, R. S. J. 2016. Precision Agriculture Monitoring System using Wireless Sensor Network and Raspberry Pi Local Server: IEEE Region 10 Conference (TENCON) – Proceedingss of the International Conference: pp. 3018-3021.
[6] Ida S.R. 2014. “Pemanfaatan lahan dengan menggunakan sistem hidroponik”. 1, (2), 43- 49.
[7] Moningka dkk, “ Kajian Irigasi Mikro Pada Sistem Hidroponik Padi (Oriza sativa L.) Varietas Serayu Dalam Rumah Tanaman”, Jurnal Teknologi Pertanian Volume 11 Nomor 1 Juni 2020.
[8] https://www.bps.go.id/statictable/2014/09/08/1043/impor-beras-menurut-negara-asal-utama-2000- 2022.html. diakses 10 Oktober 2020
[9] Wahyuni, dkk, " Sistem Pengukuran PH, Kelembapan, dan   Suhu Berbasis Internet of Things", Buletin Ilmiah Sarjana Teknik Elektro, Volume 3, No.1 April 2021.
[10] Sintia  Wulantika,  dkk,  ”  Rancang  Bangun  Sistem  Monitoring  Kelembaban  Tanah  dan  Suhu  Udara Berbasis GSM SIM900A DAN ARDUINO UNO" Jurnal Kumparan Fisika Volume 1 Nomor 2
[11] Ciptadi Prahenusa Wahyu, dkk, ” Penerapan Teknologi IoT pada Tanaman Hidroponik menggunakan Arduino dan Blynk Android ” Jurnal Dinamika Informatika Volume 7, No 2, September 2018
[12] Nandika Reza dkk, “ Sistem Hidroponik Berbasis Internet Of Things (Iot)” Sigma Teknika, Vol. 4, No.1 : 1-8 Juni 2021
[13] https://www.algorista.com/2020/01/sensor-soil-moisture.html. diakses 10 Oktober 2023
[14] https://www.anakteknik.co.id/krysnayudhamaulana/articles/mengenal-sensor-suhu-dan-kelembapan- dht11diakses 15 Oktober 2023
[15] Kasrani  mayda,  dkk,  "  PERANCANGAN  SISTEM  PENGENDALIAN  KECERAHAN  LAMPU UTAMA PADA MOBIL BERBASIS ARDUINO UNO". Jurnal JTE UNIBA Volume 5, No. 1 Oktober 2020
[16] Yudha  Putra,  dkk,  "IMPLEMENTASI  SENSOR  ULTRASONIK  HC-SR04  SEBAGAI  SENSOR PARKIR MOBIL BERBASIS ARDUINO", Jurnal einstein November 2017
[17] https://sis.binus.ac.id/2023/05/04/programming-iot-dengan-arduio-ide/ diakses 18 Oktober 2023
[18] Supegina  Fina,  dkk  "RANCANG  BANGUN  IOT  TEMPERATURE  CONTROLLER  UNTUK ENCLOSURE  BTS  BERBASIS  MICROCONTROLLER  WEMOS  DAN  ANDROID",  Jurnal Teknologi elektro Universitas Mercu Buana Vol. 8 No. 2 Mei 2017
[19] https://id.wikipedia.org/wiki/Sensor  diakses19  Oktober  2023.  Wijaya  Yahya,  dkk  "  PENGUJIAN BLACKBOX SISTEM INFORMASI PENILAIAN KINERJA KARYAWAN PT INKA (PERSERO) BERBASIS EQUIVALENCE PARTITIONS", Jurnal Digital Teknologi Informasi Volume 4 Nomor 1 2021