## RANCANG  BANGUN  SISTEM  HIDROPONIK  PASANG  SURUT  OTOMATIS UNTUK BUDIDAYA TANAMAN CABAI

## (DESIGN  OF  EBB AND  FLOW  AUTOMATIC  HYDROPONIC SYSTEM  FOR CHILLI PEPPER CULTIVATION)
Buti Delya 1 , Ahmad Tusi 2 , Budianto Lanya 3 , Iskandar  Zulkarnain 4
1) Mahasiswa S1 Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung
2,3,4) Staf Pengajar Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung
* komunikasi penulis, email : butidelya@gmail.com
Naskah  ini  diterima  pada  9  September  2014;  revisi  pada  13  Oktober  2014; disetujui  untuk  dipublikasikan  pada  22  Oktober  2014

## ABSTRACT
Ebb and flow hydroponic system generally used a timer to controlnutrient addition.  The use of the timer, however has major disadvantage including inefficiency of nutrient usage.  This research aimed at designing of ebb and flow automatic hydroponic system which able to turn  on/off the pump based on the  moisture content using microcontroller.The research was conducted at Greenhouse Facility of the Integrated Field Lab of Agriculture School,  the  University of  Lampung from April  -  June  2014.   The procedure begins  with the  manufacture of instrument, calibration, system design tool, the power supply circuit, equipment test and field test.  The results showed that has been successfully realized automatic ebb and flow hydroponic system working based on the moisture content.  The value of setting point obtained for controling water content for turning on the pump was < 34.95% and turning off the pump was  > 69.83%.  Cultivation test using chilli pepper resulted that automatic ebb and flow hydroponic system was significally better than manually system one, in terms of plant height and number of leaves.
Keyword: Hydroponic, ebb and flow system, microcontroller, moisture content.

## ABSTRAK
Sistem hidroponik pasang surut pada umumnya menggunakan pengatur waktu (timer) untuk proses pemberian larutan nutrisi.  Penggunaan timer memiliki beberapa kekurangan salah satunya adalah  pemberian larutan nutrisi yang tidak efisien/boros.  Penelitian ini bertujuan merancang sistem hidroponik pasang surut otomatis untuk menghidupkan dan mematikan pompa pemberian nutrisi berdasarkan kadar air media tanam dengan mikrokontroler.Penelitian dilakukan di Greenhouse Laboratorium Terpadu Fakultas Pertanian Universitas Lampung pada bulan April – Juni 2014.  Prosedur pembuatan alat diawali dengan kalibrasi alat, perancangan sistem alat, rangkaian catu daya, uji kinerja alat dan uji tanaman.  Hasil penelitian menunjukkan bahwa telah terealisasi rancangan sistem hidroponik pasang surut otomatis berdasarkan kadar air media tanam.  Nilai kendali kadar air untuk pompa hidup pada < 34,95% dan pompa mati pada  > 69,83%. Uji budidaya tanaman cabai pada sistem hidroponik pasang surut otomatis lebih baik daripada pada sistem manual, terlihat dari hasil tinggi tanaman dan jumlah daun.
Kata kunci: Hidroponik, sistem pasang surut, mikrokontroler, kadar air.
Rancang  bangun sistem  hidoponik...  (Buti  Delya,  Ahmad  Tusi,  Budianto  L, Iskandar  Z)

## I.  PENDAHULUAN
Teknik Ebb and Flow (pasang surut) merupakan salah  satu  teknik  hidroponik  yang  banyak digunakan.  Sistem ini bekerja dengan memenuhi media pertumbuhan dengan larutan nutrisi dan larutan nutrisi yang tidak  terserap kembali ke bak penampung (Karsono, 2013).  Waktu pasang surut dapat diatur dengan menggunakan timer. Namun,  penggunaan  timer  ini  memiliki beberapa kekurangan yaitu dari segi penggunaan litrik dan pemberian larutan nutrisi yang tidak efisien/boros.
Salah  satu  upaya  mengatur  pemberian  nutrisi yang sesuai dengankebutuhan tanaman adalah dengan  rancang  bangun  sistem  hidroponik pasang surut otomatis dengan menggunakan alat berbasis  mikrokontroller  ArduinoUno  untuk mengontrol sistem penyiraman sesuai dengan kebutuhan tanaman.  Pada saat ketika kadar air mencapai  titik  kritis  sistem  akan  melakukan penyiraman  otomatis  dengan  menghidupkan pompa dan mematikan pompa ketika kadar air mencapaikapasitas lapang.
Mikrokontroler Arduino Uno sendiri merupakan piranti yang dapat dimanfaatkan untuk membuat suatu  rangkaian  elektronik,  mulai  dari  yang sederhana  hingga  kompleks.    Arduino  Uno ATmega328  adalah  sebuah  keping  atau  papan elektronik yang secara fungsional bekerja seperti sebuah komputer (Kadir, 2013), serta terdapat pin-pin dengan fungsi yang berbeda-beda (Utami, 2010).
Penelitian ini bertujuan untuk membuat rancang bangun sistem hidroponik pasang surut otomatis untuk  mengatur  waktu  menghidupkan  dan mematikan pompa berdasarkan kadar air media

## II.  BAHAN  DAN METODE

## 2.1.  Alat dan Bahan
Penelitian dilakukan di Greenhouse Laboratorium  Terpadu  Fakultas  Pertanian Universitas  Lampung  pada  bulan  April  2014 sampai dengan Juni 2014.  Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitianini terdiri dari sistem hidroponik  pasang  surut,  mikrokontroler Arduino  Uno  ATmega328,  sensor  kadar  air, sensor suhu LM35, LCD 16x2, RTC, bread board, PCB, relay, transistor, terminal blok, solder, timah, kapasitor, dioda, trafo, resistor, bibit cabai, pot plastik,  larutan  nutrisi,  arang  sekam  dan termometer.

## 2.2.  Perancangan Sistem
Gambar 1 memperlihatkan diagram perancangan  keseluruhan  sistem.    Data  yang didapat dari sensor suhu dan moisture  sensor serta  real  time  clock  (RTC)  yang  terbaca  akan dikirimkan menuju mikrokontroler Arduino Uno. Power  supply  digunakan  untuk  memberikan daya pada rangkaian.   Mikrokontroler Aduino Uno akan mengendalikan on/off pompa secara otomatis  berdasarkan  pembacaan  moisture sensor dan kemudian mengumpulkan data agar tersimpan  dalam  SD  card  serta  ditampilkan diLCD  dengan  menggunakan  mode  4  bit (Stevanus dan Setiadikarunia, 2013).

## 2.3.  Perancangan Sistem Perangkat Lunak
Software yang digunakan untuk pemrograman mikrokontroler  adalah  Arduino  (Ver  1.0.5),
Gambar 2 menunjukkan flowchart pemrograman kendali kadar air dimana sensor
tanam  dengan  mikrontroler  Arduino  dan  uji kinerja sistem hidroponik pasang surut otomatis hasil rancangan terhadap tanaman cabai.
Gambar1.  Diagram perancangan keseluruhan sistem
kadar air dan sensor suhu sebagai data masukan, namun dalam sistem ini suhu tidak digunakan untuk  pengendalian.    Setelah  data  didapat, mikrokontroler  akan  membaca  besaran  kadar air dan suhu yang dikonversikan dari data analog menjadi  data  digital  oleh  ADC  mikrokontroler. Mikrokontroler  akan  memberikan  perintah program:
a. Jika kadar air < critical water content (c) maka pompa akan on (hidup), kadar air naik hingga mencapai field capacity.
b. Jika kadar air  >field capacity (FC) maka pompa akan  off  (mati),  kadar  air  turun  hingga mencapai critical water content.
Jika critical water content (èc) < kadar air <field capacity (FC), pada kondisi kadar air naik maka pompa akan hidup dan sebaliknya pada kondisi kadar air turun pompa akan mati.
Gambar 2.  Flowchart program kendali kadar air

## 2.4.  Rangkaian Catu Daya
Rangkaian  catu  daya  atau  power  supply merupakan  rangkaian  yang  berfungsi memberikan  catu  daya  pada  rangkaian pengendali  yang  dibuat.    Catu  daya  yang dihasilkan dari rangkaian ini digunakan sebagai supply daya ke Arduino dimana tegangan telah diturunkan sesuai dengan daya yang dibutuhkan. Tegangan  yang  masuk  sebesar  220  VAC  akan
diturunkan menjadi 12 VAC, kemudian arus AC disearahkan  dengan  rangkaian  diode  bridge menjadi arus DC.  Kemudian diturunkan menjadi 5  VDC  (Nasrullah,  2011)  yang  didapat  dari regulasi trafo oleh IC penstabil 7805 (LM7805).

## 2.5.  Kalibrasi Alat
Kalibrasi alat dilakukan pada sensor kadar air (moisture sensor).  Kalibrasi dilakukan dengan mengambil enam sampel arang sekam dengan pengkondisian yang berbeda-beda. Pengkondisian dilakukan sebagai berikut: Kondisi  1:    Sampel  kering  yang  diletakkan  di dalam ruangan selama dua hari.
Kondisi 2:  Sampel kering yang diletakkan di luar ruangan terkena sinar matahari.
Kondisi  3:    Sampel  kering  yang  diletakkan  di dalam ruangan.
Kondisi 4:  Sampel jenuh yang diletakkan di dalam ruangan.
Kondisi  5:    Sampel  dalam  keadaan  kadar  air kering udara.
Kondisi 6:  Sampel dalam keadaan field capacity.

## 2.6.  Uji Tanaman
Uji  tanaman  dilakukan  dengan  menguji pertumbuhan  tanaman  cabai  yaitu  dengan
Matikan pompa hingga KA = ? c ? c < KA < FC KA = ? c KA = FC Ya Baca KA Tidak Ya Ya Hidupkan pompa hingga KA = FC Matikan pompa hingga KA = ? c Mulai Sensor Kadar Air Umur tanaman = 66 hari Selesai Ya
Rancang  bangun sistem  hidoponik...  (Buti  Delya,  Ahmad  Tusi,  Budianto  L, Iskandar  Z)
melakukan  pengukuran  tinggi  tanaman  dan jumlah  daun.    Tanaman  cabai  menggunakan sistem  hidroponik  pasang  surut  dan  dengan metode  gravimetri  sebagai  kontrol,  yang  mana menggunakan batas atas (FC) dan batas bawah (èc)    sama  dengan  sistem  hidroponik  dalam pemberian nutrisi.Media tanam yang digunakan dalam  penelitian  adalah  arang  sekam  yang memiliki kemampuan menyimpan air dan nutrisi tinggi, aerasi optimal, kemampuan menyangga pH tinggi, lebih ringan dan sangat cocok untuk perkembangan  perakaran  (Purbarani,  2011). Berat  arang  sekam  yang  diberikan  adalah  100 gram/pot, berat setiap pot 60 gram dan diameter penampang 12,5 cm/pot. Uji keseluruhan sistem (Gambar  3)    dilakukan  selama  fase  vegetatif tanaman  cabai  yaitu  selama  5  minggu. Pembacaan  kadar  air  pada  media  tanam
Gambar 3.  Keseluruhan uji tanaman

## III.   HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1.  Pengujian Sensor Suhu
Pengujian  sensor  suhu  dilakukan  untuk mengetahui error atau kesalahan nilai suhu yang terbaca oleh sensor suhu LM35.  Pengujian ini dilakukan dengan membandingkan pembacaan suhu pada sensor dan termometer air raksa.
Berdasarkan data yang terlihat pada Gambar 4 dapat dihitung erroratau simpangan pembacaan sensor suhu yaitu 1 °C.
menggunakan 1 sensor dan dianggap mewakili untuk semua pot.  Pengendali pompa dilakukan dengan menggunakan metode switching (on/off) oleh relay (Bolton, 2004).

## 3.2.  Pengujian Sensor Kadar Air
Pengujian  sensor  kadar  air  dilakukan  dengan cara  kalibrasi,  hal  ini  dilakukan  untuk mendapatkan  fungsi  linear  yang  akan dimasukkan  ke dalam  program  arduino.   Cara kalibrasi  adalah  dengan  mengambil  sampel arang sekam dan dilakukan pengkondisian yang berbeda-beda, cara pengambilan data kalibrasi yaitu  sensor  ditancapkan  ke  sampel  sehingga didapat  nilai  voltasenya  (Buyung  dan  Silalahi, 2012).  Dalam perhitungan persentase kadar air media  tanam  digunakan  metode  gravimetri, sehingga didapat nilai linear KA = (-93,522xV) + 141,66 dengan nilai R² = 0,7915 (Gambar 5).
Pengujian  juga  menunjukkan  bahwa  nilai  FC (field capacity) adalah 68,78% yang digunakan sebagai nilai kendali off pada pompa. Kadar air kering  udara  adalah  12,12%.    Menurut  Gandi
Gambar 5.  Grafik kalibrasi sensor kadar air
(2013) nilai fraksi penipisan (p) adalah 0,5 dan nilai  PWP  (permanent  wilting  point)  11,1% sehingga dapat dihitung nilai èc (critical water content)  sebesar  39,94%  yang  digunakan sebagai kendali on pada pompa.

## 3.3.  Pengujian SistemOn/Off
Pembacaan suhu dan kadar air dari awal sistem bekerja akan tersimpan di SD card setiap 5 menit sekali.  Hasil pengujian keseluruhan sistem dapat terlihat pada Gambar 6, kondisi kadar air selama fase  vegetatifdimana  suhu  tertinggi  51°C, terendah 26  °C dan  suhu rata-rata  selama fase vegetatif 34 °C.
Berdasarkan  Gambar 6  menunjukkan kadar air selama  fase  vegetatif   dapat  terlihat  kadar  air sesuai  yang  dipertahankan  proses  penelitian kisaran 34,95% - 69,83% (warna ungu).  Kadar
Gambar 6.  Grafik kadar air selama fase vegetatif
Rancang  bangun sistem  hidoponik...  (Buti  Delya,  Ahmad  Tusi,  Budianto  L, Iskandar  Z)
air (warna hijau) human error, dimana sensor kadar air dicabut dan menyebabkan pompa on serta  kondisi  sistem  menyimpan  data. Pembacaan kadar air yang tidak stabil (warna merah) disebabkan sistem menyimpan data per- 5  menit  sekali  sehingga  ketika  sistem menyimpan  kondisi  pompa  sudah  on/off terlebih  dahulu  serta  kadar  air  media  tanam sudah mulai menurun, tegangan (voltase) yang tidak  stabil  sehingga  berpengaruh  pada pembacaan sensor, serta dikarenakan hasil dari persamaan regresi dimana nilai koefisien regresi yaitu R 2 = 0,7915 tidak mendekati satu sehingga nilai  error  atau  simpangan  pembacaan  pada sensor kadar air adalah 20,85%.

## 3.4.  Pengujian Tanaman
Pengujian  tanaman  dilakukan  berdasarkan tinggi  dan  jumlah  daun  tanaman  pada  sistem hidroponik pasang surut dan tanaman kontrol.
Data hasil uji tanaman pada seperti yang terlihat pada  Gambar  7,  dimana  tinggi  tanaman  pada sistem  hidroponik  dan  tanaman  kontrol mencapai tinggi maksimum pada minggu ke-5 dan jumlah daun pada sistem hidroponik serta tanaman  kontrol  juga  mencapai  jumlah maksimum pada minggu ke-5.
Berdasarkan  hasil  uji  tanaman,  pertumbuhan tanaman  dengan  sistem hidroponik  lebih  baik daripada tanaman kontrol.  Hal ini disebabkan oleh  ruang  pori  pada  media  tanam  tanaman kontrol tidak  terisi penuh oleh  larutan nutrisi, hal inilah yang menyebabkan akar tanaman sulit untuk mendapatkan unsur hara.  Sedangkan pada tanaman dengan sistem hidroponik mudah untuk mendapatkan unsur hara dikarenakan larutan nutrisi yang memenuhi seluruh ruang pori media tanam.  Perbedaan pertumbuhan tanaman seperti pada Gambar 8.
Gambar 7.  Grafik uji tanaman selama fase vegetatif
a.  Tanaman pada  sistem otomatis      b.  Tanaman kontrol
Gambar 8.  Perbedaan pertumbuhan tanaman

## IV.  KESIMPULAN DAN SARAN

## 4.1.  Kesimpulan
Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan, maka  dapat  diambil  beberapa  kesimpulan diantaramya:
1.    Telah  terealisasikan  rancangan  sistem hidroponik  pasang  surut  otomatis berdasarkan kadar air media tanam.
2.    Hasil uji sensor suhu LM35 menunjukkan nilai error atau simpangan pembacaan suhu sebesar 1 °C.
3.      Rancangan kendali kadar air sistem Ebb and Flow  memiliki  set  point  untuk  penyalaan pompa pada nilai kadar air d” 34,95% dan mematikan  pompa  pada  e”  69,83%  pada budidaya tanaman cabai serta memiliki nilai erroratau simpangan pembacaan 20,85%.
4.   Hasil uji tanaman menunjukkan pertumbuhan tanaman lebih baik pada sistem hidroponik pasang  surut  otomatisdengan  tinggi tanaman dan jumlah daun maksimum yaitu 59,5  cm  dan  64  helai.    Sedangkan  pada tanaman dengan penyiraman manual, tinggi tanaman dan jumlah daun maksimum yaitu 21,7 cm dan 9 helai.

## 4.2.  Saran
Saran dari penelitian ini adalah:
1.      Pada  penelitian  selanjutnya  diharapkan menggunakan solar cell atau baterai sebagai catu  daya atau  sumber  energi listrik  pada sistem otomatisasi.
2.   Sistem ini dapat digunakan untuk aplikasi lain yang memerlukan pengendalian on/off pompa menggunakan nilai kadar air.

## DAFTAR  PUSTAKA
Bolton, W.  2004.  Instrumentation and Control Systems.    The  Boulevard,  Langford  Lane Kidlington.  England.
Buyung, I. dan M.H.  Silalahi.  2012.  Automatic
Watering  Plant  Berbasis  Mikrokontroler AT89C51.    Prosiding  Seminar  Nasional Aplikasi  Sains  &  Teknologi  Periode  III. Yogyakarta.
Gandi,  W.    2013.  Pengujian  Pupuk
Organonitrofos Terhadap  Respon Tanaman Tomat Rampai (Lycopersicon
pimpinellifolium) Dalam Pot (Pot Experiment).Jurnal  Teknik  Pertanian Lampung.  Vol 2, No 1 : 17 – 26.

## Kadir, A.  2013.  Panduan Praktis Mempelajari
Aplikasi Mikrokontroler & Pemrogramannya Menggunakan  Arduino.    CV.  Andi  Offset. Yogyakarta.  282 hlm.
Karsono,  S.    2013.    Exploring  Classroom Hydroponics.  Parung Farm.  Bogor.  36 hlm.
Nasrullah,  E.    2011.    Rancang  Bangun Penyiraman  Tanaman  Secara  Otomatis Menggunakan Sensor  Suhu LM35 Berbasis Mikrokontroler  ATMega  8535.Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro.  Vol. 5, No. 3 : 182 – 192.
Purbarani,  D.A.    2011.    Kajian  Frekuensi  dan Tinggi Penggenangan Larutan  Nutrisi  pada Budidaya  Baby  Kailan  dengan  Hidroponik Ebb and Flow.  Skripsi.   Universitas Sebelas Maret.
Stevanus  dan  D.  Setiadikarunia.    2013.    Alat Pengukur  Kelembaban  Tanah  Berbasis Mikrokontroler  PIC  16F84.    Jurnal  Teknik Elektro.  Vol. 3, No. 1 : 36 - 46
Utami,  L.    2010.    Rancang  Bangun  Sistem Penyiraman  Tanaman  Secara  Otomatis Menggunakan  Sensor  Suhu  LM35  Berbasis Mikrokontroler  ATMega8535.    Skripsi.
Universitas Lampung.
Rancang  bangun sistem  hidoponik...  (Buti  Delya,  Ahmad  Tusi,  Budianto  L, Iskandar  Z)
Halaman ini sengaja dikosongkan