ISSN(p): 2338-8323 | ISSN(e): 2459-9638 | Vol. 8 | No. 1 | Halaman 163 - 177
DOI : http://dx.doi.org/10.26760/elkomika.v8i1.163
Analisis Penerapan Kendali Otomatis berbasis PID terhadap pH Larutan

## FEBRIAN HADIATNA, ALFI DZULFAHMI, DECY NATALIANA
Teknik Elektro Institut Teknologi Nasional Bandung, Indonesia Email: febrian_hadiatna@yahoo.com
Received 20 Februari 2019 | Revised 8 Juli 2019 | Accepted 27 Januari 2020

## ABSTRAK
Nilai pH pada larutan nutrisi tanaman hidroponik merupakan salah satu parameter penting agar tumbuhan berkembang dengan baik. Salah satu metode pengendali otomatis  adalah  menggunakan  pengendali  PID.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk menganalisis penerapan sistem pengendali pH larutan nutrisi menggunakan PID. Proses pengendalian diatur oleh larutan pH up dan larutan pH down. Pengujian pengendali  PID  terdiri  dari  pengujian  pengendali  Propotional  (P),  pengendali Propotional-Inrtegral  (PI),  dan  Propotional-Integral-Derivative  (PID).  Hasil pengujian  dengan  menggunakan  metode  tunning  trial  and  error  diperoleh  hasil pengendali Propotional menghasilkan respon lebih baik dengan nilai Kp=1, hasil yang didapat sistem tidak mengalami overshoot/undershoot dengan waktu yang dibutuhkan mencapai titik kesetimbangan di setpoint yaitu 126 detik. Agar sistem terjaga dinilai setpointnya sistem pengendali akan bereaksi terhadap perubahan error, sehingga memerlukan lebih banyak larutan pH up dan pH down.
Kata kunci : Hidroponik, pH, Arduino, kendali PID.

## ABSTRACT
The  pH  value  of  hydroponic-plants  nutrient  solution  is  one  of  the  important parameters for plants to grow up well. This study aims to analyze the application of a system to control the pH of nutrient solutions using PID which is controlled by a  pH  up  solution  and  a  pH  down  solution.  PID  controller  testing  consists  of Propotional (P) control test, Propotional-Inrtegral (PI) controller, and Propotional- Integral-Derivative  (PID)  controller.  The  test  results  obtained  using  the  tunning trial  and  error  method  obtained  a  Propotional  controller  result  have  a  better response with the value Kp=1, the system does not overshoot / undershoot. the time needed to reach a stable value at setpoint is 126 seconds. so that the system is maintained at its set point the control system will react to  error changes,  that is why it requires more pH up liquid and the pH liquid down.
Keywords : Hydroponic, pH, Arduino, PID controller.

## 1. PENDAHULUAN
Teknik  budi  daya  tanaman  dengan  metode  hidroponik  merupakan  sebuah  alternatif  untuk mendapatkan tanaman sayuran dan buah-buahan di lahan yang terbatas. Sistem hidroponik adalah  metode  budi  daya  tanaman  dengan  menggunakan  air  sebagai  media  tanamnya (Roidah,  2014) .  Metode  ini  sangat  cocok  bagi  masyarakat  perkotaan  yang  umumnya memiliki lahan yang terbatas. Air yang digunakan pada tanaman hidroponik sudah diberikan nutrisi sesuai kebutuhkan tanaman, sehingga tanaman akan tumbuh secara optimal. Terdapat 6 faktor utama yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman hidroponik, diantaranya kualitas air yang digunakan, cahaya, oksigen, nutrisi, suhu dan pH. Seluruh faktor utama tersebut perlu dilakukan proses pemantauan. Namun dengan kesibukan orang perkotaan yang tidak dapat selalu  memantau  langsung  kondisi  tanaman  di  greenhouse,  pemilik  disulitkan  dalam pemantauan kondisi  tanaman  hidroponik jika  mengalami  kondisi  ketidaksesuaian pH, suhu, kelembaban dan kepekatan nutrisi().
Pada  penelitian  ini,  akan  mengambil  salah  satu  faktor  yang  mempengaruhi  pertumbuhan tanaman hidroponik yaitu kadar pH larutan. pH didefinisikan sebagai logaritma basa negatif 10 konsentrasi ion hidrogen. Namun, karena sebagian besar reaksi kimia dan biologis diatur oleh aktivitas ion hidrogen, definisi tersebut dengan cepat diubah (Shahrulakram, 2016) . Ada beberapa faktor yang mempengaruhi nilai  pH larutan nutrisi pada tanaman hidroponik yaitu,  proses  fotosintesis,  suhu,  respirasi,  bakteri,  dan  media  tanam.  PH  yang  dibutuhkan tanaman  berkisar  6  hingga  7  derajat  keasaman,  tergantung  jenis  tanamannya (Mitalom, 2018)(Lee, 2015) .
Pada  tahun  2017,  Sudewa  telah  melakukan  penelitian  mengenai  pengukuran  terhadap  pH larutan. Dari hasil penelitiannya tersebut diketahui bahwa dalam kurun waktu 1 jam sekali nilai pH air mengalami perubahan nilai sebesar 0,01 hingga 0,02 untuk jumlah volume larutan yang kurang dari 1 Liter (Sudewa, 2017) . Berdasarkan faktor-faktor tersebut perlu adanya proses pengendalian pH secara berkala. Secara umum para pelaku pembudi daya tanaman hidroponik melakukan  pengendalian  pH  secara  manual,  sehingga  dengan  cara  tersebut  pengendalian yang  dilakukan  hanya  pada  waktu  tertentu  saja .  Berdasarkan  hal  tersebut,  perlu  adanya pengendalian secara otomatis dan besifat kontinu . Penerapan sistem pengendali otomatis ini dapat  mempermudah  pengendalian  pH  larutan  tanaman  dan  sebagai  bentuk  penerapan teknologi pada bidang agrikultur.
Tahun 2015, Saaid beserta timnya telah melakukan penelitian, dengan mengimplementasikan suatu sistem pengendali nilai pH suatu nutrisi (Saaid, dkk. 2015) . Dalam penelitian tersebut dijelaskan  perancangan  sistem  kendali  pH  larutan  nutrisi  secara  otomatis  menggunakan Arduino Mega sebagai unit proses, sensor pH sebagai unit input, dan motor servo sebagai unit output. Sistem ini bekerja secara otomatis dengan cara membandingkan nilai pH yang diukur dengan nilai pH set point, selanjutnya apabila nilai pH tidak sesuai dengan nilai set point maka mikrokontroler akan memberikan sinyal pada motor servo untuk memberikan larutan pH up atau pH down. Sistem yang digunakan adalah sistem kontrol on/off, pengendalian ini berkerja pada  dua  posisi,  yaitu  kondisi  “ on”  atau  ”off”.  Sistem  pengendalian  ini  memiliki  beberapa kekurangan  yaitu  sering  terjadi  perubahan  dari on  ke  off,  atau sebaliknya, sehingga  dapat pempercepat kerusakan pada sistem.
Selanjutnya, penelitian dengan judul ” Optimal PID Control of pH Neutralization Plant”, oleh Kishore  Bingi  berserta  timnya (Bingi,  dkk.  2016) .  Penelitian  ini  membahas  perancangan matematis  PID  dengan  metode  Zn  ( Ziegler-Nichols)  dan  metode  PSO  (Particle  Swarm Optimization). Perancangan ini diperuntukkan untuk mengatur pH di industri menggunakan kurva tirasi. Kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini menunjukkan metode PSO ( Particle Swarm Optimization) lebih baik dibandingkan metode ZN (Ziegler-Nichols).
Kemudian, tahun 2016 dilakukan penelitian dengan judul “ Implementation of Real-Time Fuzzy Logic Control for NFT-Based Hydroponic System on Internet of Things Environment“, mengenai implementasi  pengendalian  pH  dan  EC  ( Electrical  Conductivity)  menggunakan  pengendali Fuzzy-Logic  oleh  Desta  Yolanda  berserta  timnya (Yolanda,  dkk.  2016). Penenelitian  ini bertujuan  untuk  mengendalikan  nilai  pH  dan  EC  pada  larutan  nutrisi  hidroponik  dengan menggunakan sistem NFT ( Nutrient Film Technique). Hasil penelitian ini adalah setiap 1 ml larutan alkaline dapat menaikkan nilai pH sebesar ±0,01 pada 10 liter larutan dalam tangki, dan dengan menambahkan 1 ml larutan acid dapat menurunkan nilai pH sebesar ±0,015 pada 10 L tangki larutan. Pada sistem yang dibuat semakin besar kenaikan dan penurunan pH maka semakin lama waktu respon sistem untuk menyelesaikan proses dalam memenuhi masukan yang diinginkan.
Berdasarkan  dari  beberapa  referensi  tersebut,  maka  dalam  penelitian  ini  akan  dilakukan analisis sistem kendali larutan pH dengan metode pengendali PID . Rumusan masalah yang diambil dalam penelitian ini yaitu bagaimana menerapkan pengendali PID untuk mengatur pH larutan  nutrisi,  serta  berapa  nilai  Kp,  Ki,  Kd  yang  digunakan  pada  sistem  tersebut,  dan menghitung lama waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan sistem.
Penelitian ini dibatasi dengan menggunakan sensor pH tipe SEN0161. Metode mencari nilai Kp, Ki, dan Kd menggunakan metode trial and error, nilai pH yang akan diatur dibatasi yaitu sebesar  6,5  derajat  keasaman,  tidak  membahas  tentang  pengaruh  terhadap  pertumbuhan tanaman, pengujian dilakukan di dalam ruangan, dan suhu ruangan dalam pengujian dianggap sama  yaitu  berkisar  20ºC  sampai  30ºC,  nilai  tersebut  masih  di  dalam range  yang diperbolehkan. Plant  yang  diuji  tidak  menggunakan  larutan  nutrisi  tanaman,  melainkan disimulasikan dengan menggunakan air mineral.

## 2. PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM
Perancangan sistem kendali pH larutan yang dirancang menggunakan perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras yang digunakan terdiri dari 3 sub-sistem yaitu bagian input unit, process unit, ouput unit, dan feedback unit. Input unit terdiri dari Personal Computer (PC) yang akan mengatur nilai set point. Process unit terdiri dari mikrokontroler ATmega328. Output unit terdiri dari modul driver motor, pompa peristaltik, dan Personal Computer (PC). Perangkat lunak  dirancang  agar  dapat  membaca  nilai  pH  melalui  sensor,  mengolah  data,  melakukan pengendalian  pH,  dan  menampilkan  data  pada  PC.  Gambar  1  menunjukkan  diagram  blok pengendali PID.

## Gambar 1. Diagram Blok Sistem Pengendali PID
Sensor pH akan mengakusisi data dari pH larutan dalam plant. Data tersebut akan masuk ke dalam  modul  pH  sebagai  pengkondisi  sinyal  agar  data  dapat  diterima  oleh  mikrokontroler. Mikrokontroler akan membaca data dari modul pH dan diolah menjadi besaran pH. Setelah data  diolah  menjadi  besaran  pH,  mikrokontroler  akan  melakukan  analisis  untuk  melakukan pengendalian  terhadap  pH  yang  hasilnya  akan  diberikan  kepada  aktuator  ( output  unit). Aktuator tersebut akan memasukkan cairan pH up atau cairan pH down terhadap plant  yang dipakai .  Aktuator  akan  berkerja  berdasarkan  sinyal  yang  diberikan  oleh  mikrokontroler berdasarkan cara kerja pengendali PID. Data yang diperoleh mikrokontroler akan ditampilkan pada PC melalui serial monitor.
Sistem  kendali  pH  larutan  dirancang  agar  memungkinkan  untuk  melakukan  pengendalian. Adapun spesifikasi sistem yang diimplementasikan yaitu:
1. Sensor pH khusus larutan dengan pembacaan 1-14 derajat keasaman.
2. Modul kendali berupa Arduino Uno dengan mikrokontroler ATmega328.
3. Nilai pH yang diatur sebesar 6,5 derajat keasaman.
4. Pemantauan secara realtime.
5. Modul driver motor l298n.
6. Motor peristaltik 12 volt maksimum dengan maksimum flow rate 100 ml/menit.
7. Penampilan yang digunakan masih menggunakan PC melaui serial monitor.
8. Plant yang digunakan terdiri dari tangki yang diisi dengan 10 L larutan air, dimana larutan air tersebut akan diatur nilai pH nya.

## 2.1 Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras

## 2.1.1 Sensor pH dan Rangkaian Modul Pengkondisi sinyal
Sensor pH yang digunakan merupakan buatan Dfrobot, terdiri dari tabung pH electrode yang terhubung dengan modul pengkondisi sinyal melalui konektor BNC. Pada perancangan sistem yang dibuat modul pengkondisi sinyal diberikan catu daya sebesar 5 v dari Arduino Uno. Bagian output  modul tersebut dihubungkan pada pin A0 Arduino Uno. Gambar 2 menujukkan Sensor pH dan modul pengkondisi sinyal.

## Gambar 2. Sensor pH dan Modul Pengkondisi Sinyal
Batas pengukuran sensor pH sebesar 0-14 derajat keasaman. Suhu kerja sensor adalah 0ºC sampai 60ºC. Tingkat akurasi sensor sebesar ±0,2 pH (25ºC). Modul pengkondisi sinyal terdiri dari  dua  rangkaian  Op-amp.  Rangkaian  tersebut  terdiri  dari  rangkaian non-inverting,  dan rangkaian summing. Gambar 3 menunjukkan rangkaian singnal conditioning Sensor pH.
Gambar 3. Rangkaian Signal Conditioning Sensor pH (Industrial pH electrode, 2017)
Berdasarkan  Gambar  3  tampak  bahwa  sensor  pH  menghasilkan  keluaran  berupa  tegangan akan diolah pertama kali oleh rangkaian penguat non-inverting menggunakan IC CA3140AMZ. Rangkaian penguat pertama ini dilengkapi dengan Gain Adjustment Potentiometer dimana nilai pengali  penguatan  dapat  diatur  melalui potensiometer.  Potensiometer  ini  digunakan  ketika akan melakukan kalibrasi. Sinyal yang dihasilkan oleh penguat pertama sangat kecil, sehingga diolah  kembali  oleh  rangkaian  penguat  kedua.  Rangkaian  penguat  kedua  yang  digunakan merupakan rangkaian summing. Rangkaian ini menggunakan IC TL081BCDG4. Selanjutnya, modul  sensor  pH  dilengkapi  dengan  rangkaian  IC  TC1121COA  berfungsi  sebagai  pembalik
tegangan  dari  tegangan  catu  daya.  Tegangan  ini  digunakan  sebagai  catu  daya  kedua rangkaian penguat dan tegangan -5 v digunakan sebagai input penguat kedua.

## 2.1.2 Arduino Uno
Arduino Uno adalah sistem minimum yang berbasis mikrokontroler ATmega328. Perangkat ini dilengkapi rangkaian USB to serial converter, serta rangkaian catu daya sebesar 5 v dan 3,3 v (Arduino, 2018) . Arduino Uno akan digunakan sebagai unit kendali yang akan  menerima data dari sensor dan melakukan pengendalian aktuator. Arduino Uno membutuhkan sumber daya sebesar 5 v yang diberikan dari Personal Computer.

## 2.1.3 Driver Motor L298N
Driver motor L298N digunakan pada sistem ini untuk mengatur kecepatan pompa peristaltik pada sistem pengendali menggunakan PID. Driver motor memiliki tegangan minimal power antara 5-35 v, arus masukan antara 0-36 mA, arus maksimal keluaran sebesar 2 A, dan daya maksimum sebesar 25 W. Driver motor diberikan catu daya sebesar 12 volt. Pin enA dan pin enB dihubungkan dengan pin output (pin 5 dan pin 6) PWM Arduino Uno. In1, in2, in3, dan in 4 dihubungkan dengan pin digital  (3, 4, 8, dan 9) berfungsi untuk mengatur arah putaran pompa. Gambar 4 merupakan driver motor yang digunakan pada sistem pengendalian pH.

## Gambar 4. Driver Motor dengan Port yang Digunakan

## 2.1.4 Pompa Peristaltik
Pompa peristaltik atau dosing pump digunakan untuk memasukkan cairan larutan ke dalam plant. Pada penelitian ini digunakan 2 buah pompa peristaltik, untuk mamasukan dua jenis cairan yaitu cairan pH up (kalium Hidroksida 10%) dan pH down  (Asam fosfat 10%). Pada sistem  pengendali  PID  pompa  dikendalikan  melalui driver  motor  L298N.  Gambar  5 menunjukkan pompa peristaltik yang digunakan.
Gambar 5. Pompa Peristaltik
Pompa peristaltik bekerja pada tegangan maksimal sebesar 12 v, daya motor maksimal 3 W. Pompa  peristaltik  memiliki flow  rate  antara  0  sampai  100  ml/menit,  sedangkan  suhu  kerja pompa antara 0ºC sampai 40ºC.

## 2.2 Perancangan dan Realisasi Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang  dirancang menggunakan bahasa pemograman C melalui  aplikasi IDE ( Integrated  development  enviroment) dari Arduino. Secara  umum terdapat 5  (lima) proses komputasi  yang  dilakukan  pada  sistem  ini.  Proses-proses  tersebut  adalah  inisialisasi parameter, menghitung nilai ADC, konversi nilai ADC ke tegangan dan nilai pH, aksi kendali, dan  penampilan  data.  Gambar  6  merupakan  diagram  alir  secara  umum  dari  keseluruhan sistem. Gambar 6 menunjukkan diagram alir program utama kendali PID.

## Gambar 6. Diagram Alir Program Utama Kendali PID
Berdasarkan Gambar 6 tahap pertama dari program adalah melakukan insialisasi parameter yang digunakan dalam program utama, diantaranya parameter integer, float, include library untuk  kendali  PID ,  dan  define  value.  Sebelum  proses  pengendalian  dimulai  sistem  akan menunggu  proses  penekanan  “Tombol” .  Setelah  “Tombol”  selesai  ditekan  maka  proses pengendalian  akan  berkerja .  Pada  tahap  selanjutnya  program  akan  menghitung  nilai  ADC dengan cara mengambil 20 sample data ADC, kemudian data-data tersebut akan diurutkan dari  nilai  terkecil  sampai  terbesar.  Selanjutnya,  mengambil sample  tengah  dari  data  yang sudah  diurutkan  yaitu  data  urutan  ke-6  sampai  data  urutan  ke-15.  Terakhir  program  akan mengambil nilai rata-rata nilai ADC tersebut. Setelah menyelesaikan tahap menghitung nilai ADC yaitu program akan mengonversi nilai ADC ke dalam bentuk pH dan tegangan.
Tahap aksi kendali PID yang diimplementasikan pada mikrokontroler harus diubah ke dalam persamaan  diskret.  Aksi  kendali  PID  dari  pengendali Propotional,  pengendali  Integral,  dan pengendali Derivative menggunakan Persamaan (1).
𝑢 𝑡 𝐾𝑝 𝑒 𝑡 𝑘𝑖 𝑒  𝑡 𝑑𝑡 𝐾𝑑 (1) 𝑒 𝑡 𝑠𝑒𝑡𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡  𝑑𝑎𝑡𝑎 𝐴𝐷𝐶 (2) 𝑢 𝑛 𝐾𝑝 𝑒 𝑛 (3)
Dengan  u(t)  adalah  sinyal  kendali,  dimana  sinyal  tersebut  akan  mengendalikan output pengendali. e(t) adalah nilai kesalahan ( error). Nilai input didapat dari hasil pembacaan sensor pH. Kp adalah konstanta propotional, Ki adalah konstanta integral, dan Kd adalah konstanta derivative.  Pada  Persamaan  (1)  merupakan  persamaan  kawasan  waktu  kontinu  (analog). Sedangkan  agar  persamaan  tersebut  dapat  direalisasikan  dalam  bentuk  program,  maka persamaan diubah ke dalam persamaan diskret. Persamaan (3) merupakan persamaan diskret pada pengendali propotional. Berdasarkan Persamaan (3) nilai Kp akan terus dikalikan dengan dengan nilai error pada setiap sample data yang diambil. Nilai n merupakan sebuah notasi yang menunjukkan pengambilan data pada waktu-waktu tertentu. Persamaan (4), (5), dan (6) merupakan persamaan diskret pada pengendali integral.
𝑢 𝑛 𝐾𝑖 ∑ 𝑒 𝑖 𝑇𝑠 (4) 𝑢 𝑛 𝐾𝑖 𝑇𝑠  𝑒 0 𝑒 1 ⋯ 𝑒 𝑛 1 𝑒 𝑛 (5) 𝑢 𝑛 𝐾𝑖 𝑇𝑠  𝑒 𝑛 1 𝑒 𝑛 (6)
Notasi  Ts  merupakan  waktu sampling.  Integral  adalah  suatu  operator  matematis  dalam kawasan  kontinu  jika  diubah  ke  dalam  bentuk  diskret  akan  menjadi  sigma  (∑),  yang merupakan  operator  matematis  kawasan  diskret.  Fungsi  dari  operator  sigma  adalah menjumlahkan nilai ke-i sampai nilai ke-n. Berdasarkan Persamaan (6) nilai error sebelumnya akan  dijumlahkan  dengan  nilai error-error  sebelumnya  hingga  nilai  error  sekarang.  Hasil penjumlahan error tersebut akan dikalikan dengan nilai Ki dan nilai Ts. Pengendali derivative didapat berdasarkan laju perubahan sinyal error Persamaan (7).
(7)
Karena setpoint bernilai konstan, maka:
(8) 𝑢 𝑡 𝐾𝑑 𝐾𝑑 (9) 𝑢 𝑛 𝐾𝑑 (10)
Dari Persamaan (9) kontinu diubah menjadi persaman diskret seperti pada persamaan (10). Persamaan derivative  adalah suatu operator matematis dalam kawasan kontinu jika diubah menjadi  persamaan  diskret  maka  akan  menjadi  limit.  Dimana  fungsi  operator  limit  adalah mengurangi  nilai  ke-n  dengan  nilai  ke  n-1.  Berdasarkan  Persamaan  (10)  hasil  perhitungan derivative adalah nilai negatif dari hasil pengurangan nilai input dengan nilai input sebelumnya, dan dikalikan dengan Kd/Ts.

## 3. HASIL PENELITIAN DAN ANALISIS
Pengujian  dilakukan  terhadap  pengujian  sub-sistem  dan  pengujian  sistem  terintegrasi. Pengujian  sub-sistem  meliputi  pengujian  sensor  pH  dan  pengujian  aktuator,  sedangkan pengujian  sistem  terintegrasi  meliputi  pengujian  pengendali Propotional  (P),  pengendali Propotional-Integral (PI), dan pengendali Propotional-Integral-Derivative (PID).

## 3.1 Pengujian Sub-Sistem
Pengujian sub-sistem dilakukan untuk melihat respon dan karakteristik sensor dan aktuator berdasarkan parameter yang diperlukan.

## 3.1.1 Pengujian Sensor pH
Pengujian Sensor pH dilakukan di dalam wadah berisi 500 ml air dengan suhu 28ºC. Di dalam air tersebut pH akan diatur dari 2-13 derajat keasaman. Data yang diambil dalam pengujian ini  berupa  nilai output tegangan setiap kenaikan derajat keasaman dan data perbandingan nilai pH  yang terbaca oleh mikrokontoler dengan nilai  acuan. Nilai acuan didapat dari hasil pembacaan pH meter digital. Hasil pengujian sensor pH dapat dilihat melalui Tabel 1. Data pengujian sensor diperoleh melalui fitur serial print dari aplikasi Arduino IDE.
Tabel 1. Pengujian Sub-sistem Sensor pH
Tabel 1 menunjukkan selisih yang didapat dari hasil pengukuran berkisar diantara range -0,11 pH sampai 0,19 pH, data tersebut menunjukkan sensor pH yang digunakan sesuai dengan spesifikasi akurasi, yaitu sebesar ±0,20 pH. Gambar 7 menunjukkan hubungan pH terhadap nilai tegangan.
pH meter Output(V) nilai pH ∆pH Output(V) nilai pH ∆pH Output(V) nilai pH ∆pH Output(V) nilai pH ∆pH 2 0,69 1,92 ‐0,08 0,69 1,92 ‐0,08 0,71 2,01 0,01 0,71 2,01 0,01 2,5 0,82 2,45 ‐0,05 0,79 2,34 ‐0,16 0,82 2,46 ‐0,04 0,83 2,52 0,02 3 0,94 2,98 ‐0,02 0,91 2,85 ‐0,15 0,94 2,97 ‐0,03 0,95 3,03 0,03 3,5 1,07 3,51 0,01 1,04 3,39 ‐0,11 1,06 3,49 ‐0,01 1,08 3,55 0,05 4 1,19 4,02 0,02 1,17 3,94 ‐0,06 1,18 4 0 1,19 4,05 0,05 4,5 1,32 4,55 0,05 1,28 4,4 ‐0,1 1,31 4,52 0,02 1,32 4,55 0,05 5 1,44 5,07 0,07 1,4 4,91 ‐0,09 1,43 5,03 0,03 1,44 5,07 0,07 5,5 1,56 5,57 0,07 1,53 5,43 ‐0,07 1,55 5,54 0,04 1,55 5,55 0,05 6 1,67 6,06 0,06 1,64 5,94 ‐0,06 1,67 6,04 0,04 1,68 6,08 0,08 6,5 1,8 6,58 0,08 1,77 6,45 ‐0,05 1,79 6,54 0,04 1,8 6,58 0,08 7 1,91 7,08 0,08 1,89 6,98 ‐0,02 1,91 7,07 0,07 1,92 7,09 0,09 7,5 2,02 7,53 0,03 2,04 7,59 0,09 2,01 7,5 0 2,03 7,59 0,09 8 2,14 8,04 0,04 2,15 8,08 0,08 2,13 8,01 0,01 2,16 8,1 0,1 8,5 2,26 8,55 0,05 2,27 8,59 0,09 2,26 8,53 0,03 2,28 8,62 0,12 9 2,38 9,06 0,06 2,39 9,08 0,08 2,38 9,05 0,05 2,4 9,11 0,11 9,5 2,5 9,56 0,06 2,51 9,57 0,07 2,5 9,57 0,07 2,52 9,63 0,13 10 2,62 10,06 0,06 2,62 10,07 0,07 2,63 10,09 0,09 2,64 10,12 0,12 10,5 2,74 10,56 0,06 2,74 10,58 0,08 2,75 10,61 0,11 2,76 10,63 0,13 11 2,86 11,07 0,07 2,86 11,06 0,06 2,87 11,13 0,13 2,87 11,12 0,12 11,5 2,97 11,56 0,06 2,97 11,55 0,05 3 11,65 0,15 2,99 11,64 0,14 12 3,09 12,06 0,06 3,09 12,03 0,03 3,12 12,17 0,17 3,11 12,14 0,14 12,5 3,21 12,55 0,05 3,2 12,52 0,02 3,24 12,69 0,19 3,23 12,63 0,13 13 3,32 13,02 0,02 3,32 13,04 0,04 3,36 13,19 0,19 3,36 13,19 0,19 percobaan 1 percobaan 2 percobaan 3 percobaan 4

## Gambar 7. Grafik Hubungan pH terhadap Tegangan
Gambar 8 menunjukkan bahwa hubungan antara pH terhadap nilai tegangan output modul pH memiliki kelinieran yang baik, sehingga dapat disimpulkan kondisi modul pH masih layak untuk dipakai.  Persamanan  yang  didapat  dari  Gambar  7  akan  digunakan  dalam  program  untuk mengonversi nilai tegangan ke dalam nilai pH.

## 3.1.2 Pengujian Pompa Peristaltik
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik pompa yang digunakan. Pada proses pengujian input yang digunakan berupa nilai PWM. Pengujian dilakukan dengan mengihitung waktu yang dibutuhkan untuk mengisi 100 ml air pada gelas ukur menggunakan stopwatch. Tabel 2 dan Gambar 8 menunjukkan data hasil pengukuran yang telah dilakukan.
Tabel 2. Hasil Pengujian Pompa dengan PWM
tegangan(v) pompa flow (ml/menit) waktu (menit)tegangan(v)  pompa flow (ml/menit)waktu (menit)
30 0,25 off ‐ ‐ 0,25 off ‐ ‐ 55 0,681 off ‐ ‐ 0,65 off ‐ ‐ 80 1,176 off ‐ ‐ 1,16 off ‐ ‐ 105 1,86 off ‐ ‐ 1,83 off ‐ ‐ 130 4,7 on 28,57 3,5 4,9 on 35,97 2,78 155 6,25 on 46,51 2,15 6,56 on 54,05 1,85 180 7,45 on 56,18 1,78 7,63 on 63,29 1,58 205 8,22 on 67,57 1,48 8,44 on 76,34 1,31 230 9,05 on 75,19 1,33 9,18 on 81,30 1,23 255 10,67 on 86,21 1,16 10,7 on 95,24 1,05
PWM pH down pH up
Gambar 8. Grafik Flow terhadap PWM
y = 4,1619x ‐ 0,9248 R² = 1 0 5 10 15 0 1 2 3 4 pH tegangan rata‐rata (v)
20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 100 150 200 250 300 fl o w (ml /men it ) PWM pH down pH up
Berdasarkan  Tabel  2  dan  Gambar  8  didapatkan  hasil  dari  masing-masing  pengujian menunjukkan  karakteristik  pompa  peristaltik  yang  digunakan  pada  pH up    memiliki kemampuan  mengalirkan  cairan  sedikit  lebih  cepat  dibandingkan  dengan  pompa  peristaltik yang digunakan pada pH down. Tabel 2  menunjukkan pompa peristaltik berkerja  ketika nilai PWM yang diberikan mulai dari 130 pada masing-masing pompa.

## 3.2 Pengujian Sistem Terintegrasi
Pengujian  sistem  terintegrasi  merupakan  pengujian  keseluruhan  sistem  untuk  melihat  hasil respon sistem. Pengujian ini dilakukan dengan memasukkan nilai pH yang diinginkan, yaitu sebesar  6,5  derajat  keasaman.  Nilai  tersebut  merupakan  nilai  tengah  dari  batas  pH  yang dibutuhkan  dan  nilai  tersebut  dapat  mewakili  kebutuhan  banyak  jenis  tanaman.  Pengujian dilakukan di dalam ruangan dengan suhu ruangan sebesar 30,2 ºC dan kelembaban sebesar 52%. Pengendalian dilakukan pada plant yang terdiri dari tangki yang berisi air sebesar 10 L. Di dalam plant  tersedia pompa yang berfungsi sebagai pengaduk larutan. Sensor dikalibrasi setiap pengujian dilakukan. Gambar 9 menunjukkan plant yang digunakan pada sistem.

## Gambar 9. Plant  yang digunakan pada Sistem

## 3.2.1 Pengujian Pengendali Propotional (P)
Pengujian  dilakukan  dengan  mengatur  kondisi  awal plant  pada  nilai  4  derajat  keasaman, kemudian  pengendali  diaktifkan  dan  data  diambil  melalui  aplikasi  PLX-DAQ.  Pengujian  ini diharapkan dapat mengurangi error steady state. Menentukan nilai paramater P adalah dengan metode trial and error. Pengujian dilakukan sebanyak 2 kali dengan nilai Kp=0,1 dan Kp=1. Berikut hasil pengujian pengendali Propotional.
Gambar 10. Grafik Respon Pengendali Propotional (P)
Gambar 10 menunjukkan pada saat nilai Kp=1 (grafik berwarna biru) waktu rise time jauh lebih  sedikit  dibandingkan  dengan  nilai  Kp=0,1  (grafik  berwarna  hijau).  Namun,  masing- masing pengendali dapat menghilangkan overshoot dan nilai error steady state hampir tidak terlihat. Sistem setimbang saat nilai Kp=1 yaitu pada waktu 126 detik, sedangkan saat nilai Kp=0,1 sistem setimbang pada waktu 194 detik. Nilai Kp yang besar dapat memperkecil rise time.

## 3.2.2 Pengujian Pengendali Propotional-Integral (PI)
Pengujian  Pengendali  PI  dilakukan  sebanyak  3  kali.  Pengujian  dilakukan  dengan  mengatur kondisi awal plant pada nilai 4 derajat keasaman, kemudian pengendali diaktifkan dan data diambil  melalui  aplikasi  PLX-DAQ.  Menentukan  nilai  paramater  P  dan  parameter  I  adalah dengan  metode trial  and  error.  Pengujian  pertama  nilai  yang  digunakan  adalah  Kp=0,45,
Ki=0,3 (grafik berwarna biru), pengujian kedua nilai yang digunakan adalah Kp=0,45, Ki=0,2 (grafik berwarna hijau), dan pengujian ketiga nilai yang digunakan adalah Kp=0,45, Ki=0,01 (grafik berwarna merah). Hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar 11.

## Gambar 11. Grafik Respon Pengendali Propotional-Integral (PI)
Berdasarkan  Gambar  11  pengujian  pertama  dan  kedua  respon  sistem  masih  berosilasi. Pengujian ketiga (grafik berwarna merah) menunjukkan bahwa sistem stabil pada waktu 828 detik,  namun  masih  ada  sedikit  osilasi  dan  menghasilkan overshoot  dan  undershoot. Berdasarkan grafik tersebut dengan menurunkan nilai Ki dapat menghilangkan osilasi sistem, namun dapat memperlambat respon sistem.

## 3.2.3 Pengujian Pengendali Propotional-Integral-Derivative (PID)
Pengujian Pengendali PID dilakukan sebanyak 3 kali. Pengujian dilakukan dengan mengatur kondisi awal plant pada nilai 4 derajat keasaman, kemudian pengendali diaktifkan dan data diambil  melalui  aplikasi  PLX-DAQ.  Menentukan  nilai  paramater  P  dan  parameter  I  adalah dengan  metode trial  and  error.  Pengujian  pertama  nilai  yang  digunakan  adalah  Kp=0,6, Ki=0,6,  Kd=0,016  (grafik  berwarna  biru),  pengujian  kedua  nilai  yang  digunakan  adalah Kp=0,6, Ki=0,2, Kd=0,3 (grafik berwarna hijau), dan pengujian ketiga nilai yang digunakan adalah Kp=0,6, Ki=0,01, Kd=0,2 (grafik berwarna merah). Dengan menambahkan pengendali derivative dapat meningkatkan kestabilan sistem. Hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12. Grafik Respon Pengendali Propotional-Integral-Derivative (PID)
Berdasarkan Gambar 12 hasil pengujian pertama dan kedua respon sistem masih bersosilasi. Pengujian ketiga (grafik berwarna merah) menunjukkan sistem stabil pada waktu 800 detik, tetapi sistem terdapat overshoot  dan undershoot. Hal tersebut bisa disebabkan nilai konstanta derivative  yang  diberikan  kurang  besar.  Sifat  dari  kendali  derivative  dapat  mengurangi overshoot pada respon sistem.
Setelah melakukan pengujian, data terbaik dari masing-masing pengendali dibandingkan untuk melihat  perbedaan  karakteristik  dari  setiap  pengendali  yang  digunakan  pada  penelitian  ini. Berikut  Gambar  13  merupakan  grafik  perbandingan  hasil  pengujian  dari  masing-masing pengendali.

## Gambar 13. Grafik Perbandingan Masing-masing Pengendali
Berdasarkan Gambar 13 sistem dengan menggunakan pengendali Propotional  memiliki respon lebih baik dibandingkan dengan pengendali lainnya, dilihat dari pengendali Propotional tidak memiliki overshoot  maupun  undershoot.  Sistem  mencapai  kesetimbangan  pada  pengendali propotional dikisaran waktu 126 detik. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan pada pengendali P lebih cepat dibandingkan dengan pengendali PI dan PID.
Apabila ditinjau dari larutan yang digunakan untuk mengendalikan pH, pengendali PI dan PID mengeluarkan  volume  larutan  pH up  atau  larutan  pH  down  lebih  banyak.  Karena,  respon sistem sebelum mencapai stabil terdapat overshoot dan undershoot, serta respon sistem yang terbilang  lama.  Pada  dasarnya  pengendali  menggunakan  metode Propotional,  Propotional-
Integral, maupun Propotional-Integral-Derivative mampu menjaga sistem berada tepat pada nilai setpoint-nya. Namun, untuk menjaga sistem agar terus mendekati nilai setpoint sistem pengendali akan terus merespon setiap perubahan sistem. Sehingga, larutan yang digunakan untuk mengendalikan sistem akan lebih banyak.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengujian penerapan sistem pengendali PID terhadap larutan, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Pengendali P, PI, dan PID dapat diterapkan untuk mengendalikan pH tanaman, namun memiliki  beberapa  kekurangan  seperti  membutuhkan  lebih  banyak  larutan  pH up  dan larutan  pH down  untuk  menjaga  kesetimbangan  sistem.  Dari  ketiga  jenis  pengendali, pengendali  P  mampu  mengendalikan  pH  larutan  lebih  baik  dibandingkan  dengan pengendali PI dan PID.
2. Nilai Kp, Ki, dan Kd yang didapat dengan menggunakan metode tunning trial and error yaitu  Kp=1  untuk  pengendali Propotional  (P),  Kp=0,45  Ki=0,01  untuk  pengendali Propotional-Integral  (PI),  dan  Kp=0,6  Ki=0,01  Kd=0,2  untuk  pengendali  Propotional- Integral-Derivative (PID). Nilai masing-masing konstanta dapat dari hasil uji coba trial and error.
3. Berdasarkan data pengujian sistem pengendali PID. Waktu yang dibutuhkan agar sistem stabil dinilai setpoint dikisaran 126 detik pada pengendali Protional (P), sedangkan pada pengendali Propotional-Integral  (PI)  waktu  yang  didapat  berkisar  828  detik,  dan  pada pengendali Propotional-Integral-Derivative (PID) waktu yang didapat berkisar 800 detik.
4. Pengendali Propotional  menghasilkan  grafik  respon  lebih  baik  dibandingkan  dengan pengendali Propotional-Integral dan Propotional-Integral-Derivative untuk mengendalikan pH  larutan,  tetapi  pada  pengendai Propotional  nilai  error  tidak  dapat  dihilangkan sepenuhnya, sehingga akan selalu mengeluarkan larutan pH up dan pH down. Hal tersebut dapat meyebabkan pemborosan larutan pH up dan pH down

## DAFTAR RUJUKAN
Arduino.  (2018).  Arduino  Uno.  Dipetik  Agustus  20,  2018,  dari  Arduino https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3
Bingi, K., Ibrahim, R., Karsiti, M.N., Chung, T.D., & Hassan, S.M. (2016). Optimal PID Control of  pH  Neutralization  Plant. 2 nd IEEE  International  Symposium  on  Robotics  and Manufacturing Automation (ROMA).
Industrial  pH  electrode  (SKU:FIT0348).  (2017).  Dipetik  Desember,  2017,  dari www.dfrobot.com/wiki/index.php/Industrial_pH_electrode(SKU:FIT0348).
Lee, S., &  Lee, J. (2015). Beneficial Bacteria and Fungi in  Hydroponic Systems: Types and Characteristics  of  Hydroponic  Food  Production  Methods. Scientia  Horticulturae,  195, 206 – 215.
Mitalom. (2018). Pengaruh pH Larutan Nutrisi pada Tanaman Hidroponik . Dipetik Juli 13, 2018. https://mitalom.com/pengaruh-ph-larutan-nutrisi-pada-tanaman-hidroponik/
Roidah & Syamsu, I. (2014). Pemanfaatan Lahan Dengan Menggunakan Hidroponik. Jurnal Universitas Tulungagung BONOWORO, 1.
Saaid, M.F, Sanuddin, A., Ali, M., & M.S.A. I.M Yassin. (2015). Automated pH Controller System for  Hydroponic  Cultivation .  IEEE  Symposium  on  Computer  Applications  &  Industrial Electronics (ISCAIE).
Shahrulakram, M., A., I., & Johari, J. (2016). Water Storage Monitoring System with pH Sensor for Pharmaceutical Plants . IEEE 6th International Conference on System Engineering and Technology (ICSET).
Sudewa, B., & Hadiatna, F. (2017). Evaluasi Sensor FIT0348 Sebagai Alat Ukur Potential Of Hydrogen (pH) Larutan. Jurnal Elektro Telekomunikasi Terapan, 4(2), 570 – 578.
Yolanda, D., Hindersah, H., Hadiatna, F., & Triawan, M.A. (2016). Implementation of Real-
Time  Fuzzy  Logic  Control  for  NFT-Based  Hydroponic  System  on  Internet  of  Things Environment . IEEE 6 th International Conference on System Engineering and Technology
(ICSET) .