## RANCANG BANGUN SISTEM AKUISISI DATA IKLIM MIKRO DALAM GREENHOUSE  BERBASIS  MIKROKONTROLER  ARDUINO

## DESIGN OF  MICRO  CLIMATE DATA  ACQUISITION SYSTEM  BASED MICROCONTROLLER  ARDUINO  ON  GREEN  HOUSE
Heidi Yanti Anggraeni Putri 1 , Ahmad Tusi 2 , Budianto Lanya 3
1) Mahasiswa S1 Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung
2,3) Staf Pengajar S1 Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung
 komunikasi penulis, email : Heidy.ajj@gmail.com
Naskah  ini  diterima  pada  28  Agustus  2014;  revisi  pada  13  Oktober  2014; disetujui  untuk  dipublikasikan  pada  23  Oktober  2014

## ABSTRACT
Micro climate (temperature, humidity and solar’s intensity) plays an important role on growth and development of plants. However,it is difficult to obtain the micro climate data continuously.  An automatic data acquisition system is a such promising soluticts to this problem.  The aim of this research was to make micro climate data acquisition system in real time and save it into computer’s memory.  It consists of five stages included system design, sensor calibration, system analysis, data acquisition, and system testing.  Microcontroller Arduino UNO based acquisition system designed has several inputs, i.e. three DHT11 temperature and humidity sensors and a light dependent resistor (LDR).  The outputs of this system were displayed on the LCD, and on the PC using virtual instrument engineering workbench (LabVIEW) softwere, then the data were stored in Microsoft Excel.  The average error of temperature sensor for each DHT11 compared with alcohol thermometer reading was  0,8 o C for both DHT11-(a) and -(b), and 0,2 o C DHT11-(c).  The average error of relative humidity (RH) sensor for each DHT11 compared with Cole Palmer’s termocopel was 14,63 % for DHT11-(a), 16,63 % for DHT11-(b), and 11,13 % for DHT11-(c). The light intensity can be successfully measured using LDR voltage with an error of ± 8.98% and R of 0.9926.
Keywords: Data acquisition system, greenhouse, LabVIEW, micro climate, microcontroller Arduino UNO

## ABSTRAK
Iklim mikro (suhu, kelembaban udara, dan cahaya matahari) berperan penting dalam laju pertumbuhan dan perkembangan tanaman.  Namun mendapatkan data iklim mikro tersebut secara kontinyu sulit.  Oleh karena itu, dibutuhkan sistem akuisisi data iklim mikro.  Tujuan dari dilakukannya penelitian ini adalah untuk merancang sistem akuisisi data iklim mikro secara real time dan menyimpan data tersebut ke dalam memori komputer. Penelitian ini terdiri dari lima tahapan, yaitu perancangan sistem alat, kalibrasi alat, analisis system, pembuatan rancang bangun akuisisi data, dan pengujian. Sistem akuisisi berbasis Mikrokontroler Arduino UNO ini memiliki beberapa masukan, yaitu tiga buah DHT11 temperature and humidity sensor dan sebuah light dependent resistor (LDR).  Keluaran sistem ini berupa tampilan pada LCD, dan tampilan data iklim mikro secara real time pada PC dengan menggunakan perangkat lunak laboratory virtual instrument engineering workbench (LabVIEW) yang kemudian disimpan ke dalam Microsoft Excel.  Eror rata-rata nilai suhu tiap sensor DHT11 terhadap termometer alkohol, yaitu DHT11a dan DHT11b sebesar 0,8 o C, dan DHT11c sebesar 0,2 o C.  Eror rata-rata nilai kelembaban udara tiap sensor DHT11 dibandingkan dengan termokopel, yaitu DHT11a 14,625 %RH, DHT11b 16,625 %RH dan DHT11c 11,125 %RH.  Intensitas cahaya dapat diukur dengan baik menggunakan voltase LDR dengan error sebesar ±8,98% dan R sebesar 0,9926.
Kata Kunci:  Greenhouse, iklim mikro, LabVIEW, mikrokontroler Arduino UNO, sistem akuisisi data
Rancang  bangun sistem  akuisisi.... (Heidy  Y,  Ahmad  T dan    Budianto  L)

## I.  PENDAHULUAN
Iklim  mikro,  terutama  suhu  dan  kelembaban udara, berperan penting dalam laju pertumbuhan dan perkembangan tanaman.  Kondisi atmosfer (iklim mikro) tersebut saling terkait.  Semakin tinggi suhu udara maka akan semakin besar pula kapasitas udara untuk menampung uap air per satuan volume udara.  Suhu udara berpengaruh terhadap  laju  proses  biokimia  seperti mineralisasi, respirasi mikroorganisme dan akar, serta penyerapan air dan hara oleh akar tanaman. Sedangkan  kelembaban  udara  mempengaruhi besar kapasitas udara untuk menampung uap air sehingga  berpengaruh  pula  terhadap  laju transpirasi (Handoko,1994).
Kondisi iklim sangat erat hubungannya dengan radiasi  matahari.    Radiasi  matahari  yang memancar dan mencapai permukaan bumi akan diserap oleh permukaan bumi.  Radiasi tersebut lalu  dipancarkan  kembali  ke  udara  dan memanaskan  udara.    Radiasi  matahari  juga menyebabkan  terjadinya  evaporasi  yang mempengaruhi  kelembaban  udara.    Selain  itu cahaya  matahari  pun  sangat  penting  bagi pertumbuhan tanaman karena berperan penting dalam proses fotosintesis.
Namun  ketiga  hal  tersebut  belum  terlalu diperhatikan akibat sulitnya mendapatkan data tersebut secara kontinyu.  Selain itu penelitian yang  membutuhkan  kontrol  terhadap  iklim mikro tersebut masih jarang dilakukan akibat terkendala dalam melakukan monitoring.  Oleh karena itu, diperlukan suatu sistem akuisisi data iklim mikro untuk mengatasi masalah tersebut. Akuisisi data adalah proses perubahan data dari sensor  menjadi  sinyal-sinyal  listrik  yang kemudian  dikonversi  menjadi  bentuk  digital yang digunakan untuk pemrosesan dan analisis oleh komputer (Bolton, 2006).  Mikrokontroler Arduino  Uno  menjadi basis  dalam  pembuatan rancang bangun sistem akuisisi data iklim mikro ini.    Menurut  Djuandi  (2011),  Arduino merupakan sebuah platform physical computing yang  bersifat  open  source.    Arduino  memiliki bahasa pemograman sendiri yang mirip dengan bahasa C.  Menurut Nugroho (1992), program yang ditulis dalam bahasa C pada suatu komputer dapat dijalankan pada komputer lainnya.
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk merancang  sistem  akuisisi  data  iklim  mikro (suhu, kelembaban udara dan cahaya matahari) secara  real  time  dan  data  tersebut  tersimpan dalam  memori  komputer  dalam  bentuk  data digital.

## II.  BAHAN DAN METODA

## 2.1  Waktu dan Tempat
Penelitian  ini  dilakukan  di  Jurusan  Teknik Pertanian  Fakultas  Pertanian  Universitas lampung  dan  di  Laboratorium  Digital  Jurusan Teknik  Elektro  Fakultas  Teknik  Universitas Lampung  pada bulan Maret 2014 sampai dengan Juni 2014.

## 2.2 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah mikrokontroler Arduino UNO, DHT 11 temperature  and  humidity  sensor,  light dependent  resistor(LDR),  4in1  multi  function meter,  light  meter,  termometer  alkohol/bola basah dan bola kering,  termokopel, LCD 20x4, personal  computer,  PCB  dan  kabel  pelangi, resistor, push button, computer cable (5 meter), trimpot, greenhouse mini, box uji, lampu pijar (5, 10, 15 dan 75 watt), , HCl dan air, bor listrik, solder dan timah.

## 2.3  Metodelogi
Penelitian ini dibagi ke dalam 5 tahapan, yaitu perancangan sistem alat, kalibrasi alat, analisis sistem, pembuatan rancang bangun akuisisi data, dan pengujian.  Kalibrasi alat dilakukan dengan membandingkan nilai yang didapat sensor suhu DHT11  dengan  termometer  alkohol,  sensor kelembaban  DHT11  dengan  termokopel,  dan LDR dengan light meter.   Pengujian dilakukan dengan  menjalankan  sistem  akuisisi  didalam sebuah greenhouse mini yang ditempatkan di halaman  parkir  Jurusan  Teknik  Pertanian, Universitas  Lampung.    Hasil  rekam  data  yang didapatkan  dibandingkan  dengan  nilai  yang didapat  dari  alat  ukur  yang  ditempatkan  di greenhause tersebut dan pada waktu yang sama.
Gambar  1  menunjukkan  alur  kerja  sistem akuisisi  yang  akan  dibuat.    Data  dari  sensor- sensor  yang  telah  dikumpulkan  dalam mikrokontroler ditampilkan pada LCD dan diolah menggunakan  program  LabVIEW  dalam  PC.
Gambar 1. Alur kerja rancang bangun sistem akuisisi data
LabVIEW  mempunyai  bahasa  pemograman berbasis  grafis  atau  blok  berbeda  dengan pemograman  lainnya  yang  menggunakan  text (Wardoyo,  2013).    Dibutuhkan  instalasi  driver VISA (virtual instrument software architecture) agar  LabVIEW  dapat  berinteraksi  dengan Arduino (Artanto, 2012).
Data  yang  telah  diolah  tersebut  kemudian ditampilkan pada layar PC dan disimpan dalam
perangkat lunak Microsoft Excel dalam bentuk data realtime.  Agar pengambilan data dari sensor berjalan baik, perlu dilakukan pemilihan sensor yang tepat dengan kebutuhan (Suoth, 2013).
Pada  tahapan  awal  perancangan  sistem  alat, dibuat sebuah konsep perancangan.  Gambar 2 menunjukan alur hubungan tiap-tiap komponen di dalam sistem akuisisi data iklim mikro yang dibuat.
Gambar 2.  Blok diagram sistem akuisisi data iklim mikro
Rancang  bangun sistem  akuisisi.... (Heidy  Y,  Ahmad  T dan    Budianto  L)

## III.  HASIL  DAN  PEMBAHASAN

## 3.1.  Kalibrasi Alat
Sensor  DHT11  telah  dilengkapi  ADC  internal, sehingga tidak perlu dilakukan kalibrasi.   ADC bekerja mengkonversi data analog menjadi data digital (Setiawan, 2010).  Eror rata-rata nilai suhu tiap sensor DHT11 terhadap termometer alkohol, yaitu DHT11a  dan DHT11b  sebesar  0,8 o C,  dan DHT11c  sebesar  0,2 o C.    Nilai  tersebut  masih dapat ditoleransi, dimana nilai toleransi alat yang diharapkan  sebesar  ±  2 o C  yang  dilihat  dari spesifikasi  DHT11  temperature  and  humidity sensor.  Hubungan antara nilai suhu tiap DHT11 dengan termometer alkohol terlihat pada Gambar 3.
Gambar 3.  Grafik antara nilai suhu DHT11 dan Termometer Alkohol: a) DHT11a, b) DHT11b, dan c)  DHT11c
Eror rata-rata nilai kelembaban udara tiap sensor DHT11terhadap  termokopel  Cole  Parmer menunjukan  eror  rata-rata  nilai  kelembaban DHT11a sebesar 14,625 %RH, DHT11b 16,625 %RH dan DHT11c 11,125 %RH.  Nilai tersebut tidak dapat ditoleransi, dimana nilai toleransi alat
Gambar 4.  Grafik antara nilai kelembaban udara DHT11 dan termokopel Cole Parmer: a) DHT11a, b) DHT11b, dan c) DHT11c
yang diharapkan sebesar ±5 %RH yang dilihat dari  spesifikasi  DHT11  temperature  and humidity sensor.  Hasil yang kurang baik dalam pengukuran  nilai  kelembaban  udara  tersebut dapat terlihat pada grafik hubungan kelembaban udara  antara  DHT11  dan  termokopel  pada Gambar 4.

## Hasil validasi nilai suhu dan kelembaban udara
DHT11  temperatrure  and  humidity  sensor menunjukan hasil yang baik dalam penangkapan nilai  suhu,  namun  kurang  baik  dalam penangkapan nilai kelembaban.
Dilakukan kalibrasi terhadap sensor LDR dengan membandingkan nilai voltase yang keluar dengan nilai yang  didapat dari  light  meter.   Dari  nilai- nilai  voltase  (LDR)  dan  lux  (light  meter) didapatkan persamaan:
Y = 25,938 R = 0,9926
Y  adalah  nilai  intensitas  cahaya  yang  keluar sebagai  pembacaan  sistem  akuisisi  data, sedangkan x adalah nilai voltase yang ditangkap oleh LDR.  Persentase eror pengukuran intensitas cahaya  oleh  LDR  sebesar  ±8,98%.    Grafik hubungan antara nilai intensitas cahaya LDR dan light meter dapat terlihat pada Gambar 5.  Grafik tersebut menunjukan hasil yang baik terhadap pengukuran yang dilakukan oleh LDR.
Gambar 5.  Grafik hubungan antara nilai intensitas cahaya LDR dan light meter Dari pengamatan yang telah dilakukan, terlihat hubungan yang jelas antara suhu, kelembaban, dan intensitas cahaya.  Dimana semakin tinggi intensitas cahaya, maka suhu akan semakin naik dan  kelembaban  udara  akan  menurun. Begitupula sebaliknya, semakin rendah intensitas cahaya, maka suhu akan turun dan kelembaban udara akan naik.
Secara umum, pada pagi hari intensitas cahaya rendah, diikuti dengan kondisi suhu udara yang rendah dan kelembaban udara yang tinggi.  Pada siang  hari,  saat  intensitas  cahaya  tinggi,  suhu udara  meningkat  dan  diikuti  dengan menurunnya nilai kelembaban udara.  Pada sore hari, saat intensitas cahaya menurun, suhu udara menurun  dan  diikuti  nilai  kelembaban  udara yang naik.  Hal tersebut karena sudut datang sinar matahari terkecil terjadi pada pagi dan sore hari dan terbesar pada siang hari. Semakin besarnya sudut datang sinar matahari maka semakin tegak datangnya  sinar  sehingga  energi  panas  yang diterima semakin besar.  Menurut Sarah (2011), faktor-faktor  yang  mempengaruhi  tinggi
rendahnya  suhu  suatu  daerah  adalah  sudut datangnya matahari, tinggi rendahnya tempat, angin dan arus laut, lama penyinaran, dan awan. Hasil  pengukuran  yang  telah  dilakukan menunjukan perubahan data iklim mikro yang terjadi dalam waktu yang relatif dekat.  Hal ini membuktikan bahwa pentingnya sistem akuisisi data iklim mikro (suhu, kelembaban udara dan intensitas  cahaya)  bagi  petani  modern  dan peneliti  untuk  menunjang  hasil  produksi tanaman yang optimal.  Setiap tanaman memiliki
batasan  kondisi  iklim  mikro  tertentu,    sistem akuisisi data iklim mikro menjadi dasar dalam menentukan  tindakan  dalam  upaya  menjaga kondisi iklim mikro yang ideal untuk tanaman tersebut.

## 3.2  Pengujian LCD  4x20
Pengujian  terhadap  LCD  20x4  ini  dilakukan untuk melihat apakah data dapat tampil pada LCD 20x4  sesuai  dengan  yang  diharapkan.    Pada mikrokontroler  dimasukkanperintah  melalui program Arduino dan setelah dijalankan  pada LCD  20x4  mengeluarkan  tampilan  sesuai perintah yang dimasukkan.
3.4    Pengujian  Komunikasi  Serial  Arduino Pada pengujian ini, dibuat sketch perintah untuk membuat LED yang tersedia pada Arduino UNO pada  pin  13  berkedip  sesuai  waktu  yang ditentukan.  Program Arduino yang dimasukkan kedalam  IDE  Arduino  memberikan  perintah untuk  menghidupkan  LED  selama  1  detik  dan mematikannya selama 1 detik, terus berkedip seperti itu.  Terjadinya LED yang berkedip pada
Rancang  bangun sistem  akuisisi.... (Heidy  Y,  Ahmad  T dan    Budianto  L)
Arduino  tersebut  membuktikan  bahwa komunikasi  serial  terhadap  mikrokontroler dapat dilakukan.

## 3.5  Pengujian Sistem
Tujuan dilakukannya pengujian sistem ini adalah untuk mengetahui apakah keseluruhan sistem yang telah dibuat dapat berjalan sesuai fungsinya. Seluruh  sistem  ditempatkan  pada  tempatnya masing-masing sesuai perlakuan pengujian yang telah direncanakan.  Kemudian sistem akuisisi data  iklim  mikro  dijalankan.    Pengujian dilakukan  selama  5  hari  di  dalam  greenhouse mini dan 1 hari diruang terbuka.  Hasil data yang tersimpan  di  dalam  PC  membuktikan  bahwa sistem  dapat  bekerja  sesuai  harapan.  Namun pada sistem akuisisi data, terlihat adanya noise yang nampak pada grafik hubungan suhu dan kelembaban  udara  seperti  yang  terlihat  pada Gambar 6.
Dilihat dari data pengukuran yang tersimpan di dalam  Microsoft  Excel.    Noise  tersebut  terjadi sekitar  2  menit  sekali.    Hal  ini  diduga dikarenakan  oleh  tegangan  yang  tidak  stabil, akibat  daya  seluruh  sistem  yang  hanya didapatkan dari Laptop.  Oleh sebab itu, perlu diberikan penstabil tegangan atau filter.

## IV.  KESIMPULAN DAN SARAN
4.1.  Kesimpulan
1.  Sistem akuisisi data iklim mikro (suhu udara, kelembaban  udara  dan  cahaya  matahari) dengan  menggunakan  mikrokontroller
Gambar 6.  Grafik pengukuran suhu dan kelembaban pada LabVIEW
Arduino dan LabVIEW dapat berjalan dengan baik.
2.  Eror rata-rata tiap sensor DHT11 terhadap suhu  dibandingkan  dengan  termometer alkohol, yaitu DHT11a dan DHT11b sebesar 0,8 o C, dan DHT11c sebesar 0,2 o C.
3.    Erorrata-rata  tiap  sensor  DHT11  terhadap nilai  kelembaban  udara  dibandingkan dengantermokopel,  yaitu  DHT11a  sebesar 14,625  %RH,  DHT11b  16,625  %RH  dan DHT11c 11,125 %RH.
4.  Intensitas cahaya dapat diukur dengan baik menggunakan  voltase  LDR  dengan  error sebesar ±8,98% dan R sebesar 0,9926.
5.    Terjadi  noise  pada  sistem  akuisisi  data  ini sekitar 2 menit sekali.
4.2.  Saran
1. Sebaiknya menggunakan sensor kelembaban yang  lebih baik tingkat akurasi pengukurannya dan  memiliki eror  yang lebih kecil.
2.  Perlu  diberikan  penstabil  tegangan  untuk meredam noise yang terjadi, dan melakukan filtrasi  (penyaringan)  tegangan  yang dihasilkan dari sistem dengan menggunakan Filter Kalmann.
3. Dapat ditambahkan sensor lain untuk sistem akuisisi data iklim selanjutnya (selain suhu, kelembaban dan intensitas cahaya).
4.  Dapat  dilakukan  pengembangan  sistem (seperti  otomatisasi)  dari  sistem  akuisisi yang telah dibuat.

## DAFTAR  PUSTAKA
Allo, D.K., D.J. Mamahit, Bahrun, dan Tulung N.M. 2013.    Rancang  Bangun  Alat  Ukur Temperatur  untuk  Mengukur  Selisih  Dua Keadaan.    E-Journal  Teknik  Elektro  dan Komputer.  Hal 1-8

## Artanto,  D.    2012.    Interaksi  Arduino  dan
LabVIEW.  Kompas Gramedia.  Jakarta.  329 hlm.
Bolton, W.  2006.  Sistem Instrumentasi dan Sistem Kontrol.  Erlangga.  Jakarta.  325 hlm.
Djuandi, F.  2011.  Pengenalan Arduino. http://
w w w . t o b u k u . c o m / do c s / A r d u i n o - Pengenalan.pdf.  Diakses pada 25 November 2013 pukul 3.41 WIB.
Handoko.  1994.  Dasar Penyusunan dan Aplikasi Model Simulasi Komputer Untuk Pertanian. Institut Pertanian Bogor.  Bogor.  104 hlm.

## Nugroho,  E.    1992.    Bahasa-Bahasa
Pemograman.    Andi  Offset  Yogyakarta. Yogyakarta.  581 hlm.
Sarah,  A.    2011.    Perancangan  Sistem  Akuisisi Data Suhu dan Kelembaban Tersinkronisasi GPS  Menggunakan  Mikrokontroler  H8/ 3906F.    Skripsi.    Universitas  Indonesia. Depok.

## Setiawan,  A.    2010.    Rancang  Bangun  Sistem
Akuisisi Data Suhu  dan Kelembaban Udara Menggunakan Mikrokontroler.  Tugas Akhir. Universitas Diponogoro.  Semarang.
Suoth, V.A., D.R. Santoso, dan S. Maryanto.  2013.
Pengembangan  Array  Sensor  Suhu  dan Sistem Akuisisi Data Berbasis
Mikrokontroler  untuk  Pengukuran  Suhu Bawah  Permukaan.    Jurnal  MIPA  UNSRAT Online 2 (1): 66-72.
Wardoyo, S., R. Munarto, dan  V.P. Putra.  2013. Rancang  Bangun  Data  Logger  Suhu Menggunakan Labview.  Jurnal Ilmiah Elite Elektro Vol. 4 No. 1.  Hal 23-30.
Rancang  bangun sistem  akuisisi.... (Heidy  Y,  Ahmad  T dan    Budianto  L)
Halaman ini sengaja dikosongkan