## Sistem Monitoring Suhu dan Kelembapan Secara Nirkabel pada Budidaya Tanaman Hidroponik
Budi Haryanto 1 , Nanang Ismail 2 , Eko Joni Pristianto 3 1,2 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Jl. A.H. Nasution No. 105, Bandung 40164, Indonesia
3 Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Jl. Sangkuriang, Komplek LIPI Gd. 20, Bandung 40135, Indonesia ekojonip5@gmail.com

## Abstrak
Penelitian  ini  membahas  sistem  monitoring  suhu  dan  kelembapan  secara  nirkabel dengan  Xbee  berbasis mikrokontroler  yang  dilakukan  di  tempat  budidaya  tanaman  hidroponik.  Mikrokontroler  berfungsi  sebagai  pengontrol rangkaian elektronik yang dapat menyimpan program. Xbee berfungsi sebagai alat komunikasi nirkabel yang beroperasi pada  frekuensi  2,4  Ghz  dengan  jarak  jangkau  mencapai  1.500  meter.  Pada  perancangan  ini  terdapat  dua node ,  yaitu node pengirim  dan node penerima. Node pengirim  terdiri  dari  modul  Arduino  sebagai  pengendali  yang  dihubungkan dengan  sensor  DHT11  sebagai  masukan  dan  Xbee  sebagai  pengirim. Node penerima  terdiri  dari  Xbee  penerima  yang dihubungkan pada modul Arduino sebagai pengolah data dan LCD untuk menampilkan data. Pada penelitian ini didapat hasil perbandingan sensor DHT11 dengan  alat ukur  Thermo-Hygro  yaitu rata-rata error suhu 0,75℃ dan kelembapan 3%.  Hasil  pengujian  empat  unit  sensor  DHT11  di  luar  ruangan  didapat  nilai  rata-rata  suhu  sebesar  28,94℃  dan kelembapan  sebesar  59,6%  dengan  jarak  jangkau  Xbee  mencapai  240  meter,  sedangkan  nilai  rata-rata  suhu  dan kelembapan hasil pengujian di dalam ruangan yaitu 29,14℃ dan 58,86% dengan jarak jangkau Xbee mencapai 70 meter.
Kata Kunci : sistem monitoring, suhu dan kelembaban, mikrokontroler, sensor, wireless

## Abstract
This  research  discusses  the  temperature  and  humidity  monitoring  system  wirelessly  with  Xbee  based  on microcontroller.  Microcontroller  is  a  chip  that  serves  as  a  controller  of  an  electronic  circuit  that  can  store  the programs in it. XBee is a wireless communication device Zigbee part of the protocol that operates at a frequency of 2.4 GHz  with  a  range  of  1,500  meters.  In  this design,  there  are  two  nodes, namely  the  transmitter  node  and  the  receiver node.  The  transmitter  node  consists  of  Arduino  module  as  a  controller,  which  is  connected  with  DHT  11  sensor  as input, and Xbee as transmitter. Receiver node consists of a Xbee receiver connected to the Arduino as a data processor and LCD for displaying data. From the research results obtained DHT11 ratio sensor with the Thermo-Hygro which is the average error 0.75℃ temperature and humidity of 3%. For the test results of four sensors outdoor DHT11 obtained average  value  28,94℃  temperature  and  humidity  of  59.6%  with  a  range  Xbee  reach  240  meters,  while  the  average value  of  the  temperature  and  humidity  in  the  room  test  results  are  29,14℃  and  58.86%  with  a  range  Xbee  reach  70 meters.
Keywords : monitoring system, temperature and humidity, microcontrollers, sensors, wireless

## I. P ENDAHULUAN
Dalam  kehidupan  di  bumi  ini,  suhu  dan kelembapan merupakan faktor penting bagi manusia, hewan  maupun  tumbuhan.  Suhu  dan  kelembapan udara  juga  menentukan  makhluk  hidup  agar  dapat beradaptasi  dengan  lingkungannya.  Pengetahuan suhu dan kelembapan  juga mempengaruhui kesuksesan  manusia  dalam  bidang  pertanian,
peternakan,  dan  lain  sebagainya.  Salah  satu  contoh yaitu dalam hal menanan tumbuhan dan membudidayakan  hewan  peliharaan  agar  mampu beradaptasi  dengan  lingkungannya.  Pada  saat  ini hasil  tanaman  pangan  di  Indonesia  masih  sangat rendah  jika  dibandingkan  dengan  negara-negara maju  seperti  Jepang  dan  Amerika  Serikat  [1]. Perbedaan ini disebabkan oleh pemakaian teknologi tinggi  dan  pengelolaan  yang  baik.  Peningkatan
produksi  pangan  selain  dengan  panca  usaha  tani juga  dilakukan  dengan  pemanfaatan  iklim.  Dalam bidang  pertanian,  suhu  dan  kelembapan  udara biasanya digunakan untuk meningkatkan
produktifitas dan perkembangan tumbuhan budidaya. Dengan mengetahui suhu dan kelembapan  udara  yang  ada  di  lingkungan  tempat yang  akan  ditanam,  maka  akan  dapat  mudah menentukan  jenis  tanaman  yang  sesuai  dengan lahan  tersebut  [1].  Agar  mendapatkan  hasil pertanian  yang  memiliki  kualitas  dan  produktifitas yang  tinggi  serta  hasil  yang  seragam,  maka diperlukan adanya pengkondisian lingkungan sistem produksi agar tercipta lahan yang menunjang untuk pertumbuhan tanaman. Salah satu metode pencapaiannya  yaitu  dengan  cara  bercocok  tanam secara  hidroponik  dan  menggunakan green  house sebagai tempat budidaya tanaman produksi [2].
Green  house atau  rumah  kaca  adalah  struktur berbentuk  rumah  kecil  yang  terbuat  dari  kaca, plastik atau bahan tembus kaca yang berfungi untuk memanipulasi  kondisi  lingkungan  agar  tanaman  di dalamnya  berkembang  optimal.  Manipulasi  kondisi lingkungan  ini  dilakukan  untuk  menghindari kondisi  lingkungan  yang  tidak  terhendaki  seperti cuaca  ekstrim  dan  hama  dari  luar.  Melalui penggunaan sistem bercocok tanam secara hidroponik  ini,  maka  lingkungan  tanaman  dapat dikondisikan  sesuai  dengan  kebutuhan  dimana tanaman  dapat  tumbuh  dengan  baik.  Pada  saat pengkondisian lahan tanaman ini maka perlu adanya pemantauan  suatu  parameter  lingkungan  yang berinteraksi  langsung  pada  tanaman,  salah  satunya yaitu pemantauan suhu dan kelembapan pada lahan tersebut [2]. Salah satu permasalahan yang dihadapi dalam  pengkondisian  lahan  tersebut  yaitu  perlu adanya  monitoring  suhu  dan  kelembapan  secara berkelanjutan  selama  budidaya  tanaman.  Hal  ini sulit  bagi  petugas  atau  orang  yang  melakukan budidaya  tanaman  secara  hidroponik  untuk  terus menerus melakukan pemantauan suhu
dan kelembapan lahan secara langsung. Dari permasalahan  tersebut  maka  perlu  adanya  sistem monitoring  parameter  suhu  dan  kelembapan  yang memudahkan pengkondisian lahan tanaman. Berdasarkan  uraian  diatas,  sistem  mikrokontroler sangat  cocok  digunakan  untuk  implementasi  pada sebuah  perangkat  lunak  dan  perangkat  keras  untuk melakukan tugas atau
pekerjaan dalam meminimalkan  penggunaan  sumber  daya.  Pada sistem  monitoring  suhu  dan  kelembapan  ini menggunakan sensor DHT11 sebagai masukan data dan  digunakan  untuk  mengetahui  keadaan  lahan tanaman.  Untuk  lebih  memudahan  pemantauan, maka  dilakukan  pengiriman  data  secara  nirkabel ( wireless ). Komunikasi nirkabel merupakan
komunikasi  yang  efektif  tanpa  harus  terganggu dengan  jalur  kabel  yang  panjang.  Berbagai  macam alat  untuk  melakukan  komunikasi  nirkabel  yang sering  digunakan  diantaranya  WiFi,  Bluetooth, infrared ,  Xbee,  dll.  Pada  penelitian  ini  komunikasi nirkabel  yang  digunakan  yaitu  Xbee.  Xbee merupakan  bagian  dari  protokol  Zigbee  yang menggunakan standar IEEE 802.15.4 dan beroperasi  pada  frekuensi  2,4  GHz  dengan  jarak jangkauan  mencapai  1.500  meter  [3].  Oleh  karena itu, sistem monitoring suhu dan kelembapan secara nirkabel  dengan  XBee  berbasis  mikrokontroler mampu  menjadi  salah  satu  alternatif  untuk memecahkan  permasalahan  yang  telah  dipaparkan di  atas.  Penggunaan  utama  mikrokontroler  adalah mengontrol operasi sebuah mesin yang mengunakan program  yang  tetap  yang  disimpan  dalam  sebuah ROM  dan  tidak  berubah  sepanjang  umur  sistem tersebut [4].
Beberapa  penelitian  serupa  terkait  sistem monitoring  suhu  dan  kelembapan  secara  nirkabel telah  dilakukan.  Sistem  telemetri  pengukuran  suhu dan  kelembapan  berbasis  Arduino  Uno  dan  Xbee telah dirancang dengan perangkat penyimpanan SD Card  yang  mampu  bekerja  selama  432  hari  [5]. Kemudian sistem serupa juga telah diterapkan pada jaringan sensor nirkabel dengan media penyimpanan  basis  data  PHP  [6].  Terakhir,  sistem monitoring  suhu  dan  kelembapan  telah  diterapkan untuk budidaya tanaman jamur berbasis mikrokontroler  ATMega328  [7].  Berbeda  dengan penelitian  sebelumnya,  pada  penelitian  ini  sistem monitoring  suhu  dan  kelembapan  dirancang  secara nirkabel  menggunakan  modul  Xbee  pada  budidaya tanaman  hidroponik.  Dengan  adanya  sistem  ini diharapkan dapat mempermudah proses pemantauan parameter  suhu  dan  kelembapan,  khususnya  pada budidaya tanaman hidroponik.

## II. P ERANCANGAN S ISTEM
Dalam  penelitian  ini  terdiri  dari  dua  bagian perancangan,  yaitu  perancangan  pada  bagian node sensor  dan  perancangan  pada  bagian node koordinator. Kemudian perancangan juga dilakukan dalam bagian perangkat lunak.  Skema perancangan sistem secara keseluruhan terdapat pada Gambar 1.

## A. Perancangan Node Sensor
Perancangan node sensor  meliputi  perancangan empat  sensor  DHT11,  modul  Arduino  Uno  sebagai unit  pemrosesan,  dan  Xbee  sebagai  terminal pengiriman beserta catu daya sehingga menjadi satu sistem  sebagai node sensor.  Perancangan node sensor dapat dilihat seperti pada Gambar 2.

## B. Perancangan Node Koordinator
Perancangan node koordinator meliputi perancangan  Xbee  sebagai  penerima,  Arduino  Uno sebagai unit pemrosesan, dan LCD untuk menampilkan  data  suhu  dan  kelembapan,  serta terdapat buzzer aktif sebagai indikator yang menjadi satu  dalam node koordinator.  Perancangan node koordinator dapat dilihat seperti pada Gambar 3.

## C. Perancangan Perangkat Lunak
Pemrograman dilakukan untuk membaca, memproses,  dan  menampilkan  data  suhu  dan kelembapan menggunakan perangkat lunak Arduino IDE.  Perangkat  lunak  ini  merupakan  perangkat pemrograman  mikrokontroler  jenis  Atmel  yang tersedia  secara  bebas  dengan  menggunakan  bahasa C/C++.  Untuk  membuat  rangkaian  agar  bisa bekerja, maka langkah selanjutnya adalah membuat program  yang  kemudian  diunggah  ke  modul Arduino.  Proses  pemrograman  terdiri  dari  dua langkah, yaitu pemrograman pengirim dan pemrograman penerima. Diagram alir pemrograman untuk  pengirim  dapat  dilihat  pada  Gambar  4, sedangkan untuk bagian penerima dapat dilihat pada Gambar 5.
G ambar 2. Perancangan node sensor
Gambar 3. Perancangan node koordinator

## Gambar 4. Flowchart program pengirim

## Gambar 5. Flowchart program penerima
Adapun  penjelasan  dari  diagram  alir  pengirim adalah sebagai berikut:
1. Mulai
2. Inisialisai  adalah  proses  pengenalan  data  dan sensor sebagai masukan
3. Jika masukan terdeteksi di sensor DHT11, maka selanjutnya  masuk  ke  proses  pengolahan, sebaliknya  jika  data  tidak  terdeteksi  kembali  ke proses inisialisasi
4. Proses pengolahan data di mikrokontroler
5. Data disampaikan Xbee pengirim secara serial
6. Pengiriman  data  oleh  Xbee  pengirim  ke  Xbee penerima
7. Selesai
Penjelasan  dari  diagram  alir  penerima  adalah sebagai berikut:
1. Mulai 2. Baca data yang diterima 3. Jika terbaca oleh Xbee penerima, maka lanjut ke pengolahan  data  di  Xbee,  sebaliknya  jika  tidak terbaca kembali ke proses pembacaaan data
4. Proses pengolahan di data penerima
5. Kirim data ke mikrokontroler secara serial
6. Jika  terbaca,  maka  data  diolah  kembali.  Jika tidak terbaca, maka kembali ke pengolahan data di Xbee
7. Proses pengolahan data di mikrokontroler 8. Proses menampilkan data pada layar LCD 9. Selesai

## III. P ENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Tahapan  pengujian  terdiri  dari  tiga  tahapan, yaitu  pengujian node pengirim,  pengujian node penerima,  dan  pengujian  keseluruhan.  Pengujian node pengirim meliputi pengujian respon sensor dan keakuratan wireless pengirim,  sedangkan  untuk pengujian node penerima  meliputi  pengujian keakuratan wireless penerima  dan  pengujian penampil  nilai  data  suhu  dan  kelembapan.  Untuk pengujian  keseluruhan  adalah  gabungan  dari pengujian antara pengirim dan penerima.

## A. Pengujian Respon Sensor
Pengujian  respon  sensor  dilakukan  dengan membandingkan  hasil  pengukuran  sensor  DHT11 dengan  alat  ukur  Thermo-Hygro  digital.  Pengujian dilakukan  di  dalam  ruangan  dengan  menggunakan satu  sensor  DHT11  dalam  waktu  tiga  menit  sekali selama  30  menit.  Proses  pengujian  sensor  DHT11 dapat  dilihat  pada  Gambar  6,  sedangkan  hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil pengukuran suhu dan kelembapan
No. DHT11 Thermo-Hygro Error Suhu (℃) Kelembapan (%) Suhu (℃) Kelembapan (%) Suhu (℃) Kelembapan (%) 1 30 46 29,8 45 0,2 1 2 29 50 29,5 55 0,5 5 3 28 55 28,2 53 0,2 3 4 30 45 29 48 1 3 5 30 46 30,5 45 0,5 1 6 28 58 29,2 56 1,2 2 7 28 55 29,5 58 1,5 3 8 30 50 30 46 0 4 9 29 52 28 55 1 3 10 27 55 28,4 50 1,4 5 Rata-rata 0,75 3
Gambar  6  adalah  proses  pengujian  sensor DHT11  dengan  alat  pembanding  Thermo-Hygro digital.  Pengujian  dilakukan  di  dalam  ruangan dengan  kondisi  AC  menyala.  Pada  pengujian tersebut  didapat  nilai  rata-rata  kesalahan  suhu  dan kelembapan dari DHT11 0,75℃ dan 3%.

## B. Pengujian Wireless Pengirim dan Penerima
Pengujian wireless adalah  proses  pengujian antara  Xbee  pengirim  dan  Xbee  penerima. Pengujian ini dilakukan dengan menguji pengiriman data berupa tulisan pada layar virtual terminal yang terdapat pada software untuk mengkonfigurasi Xbee yaitu XCTU. Pengujian Xbee pengirim dilakukan di dalam  ruangan  dengan  penghalang  berat  seperti tembok  dan  lain  lain.  Hasil  pengujian  jangkauan Xbee pengirim dan penerima terdapat pada Tabel 2. Dari data pengujian yang diperoleh, Xbee pengirim yang  disimpan  dalam  ruangan  dengan  penghalang tembok  dapat  menghasilkan  jarak  jangkau  yang cukup  jauh.  Jarak  jangkau  yang  dihasilkan mencapai  80  meter  tetapi  pada  jarak  90-100  meter data tidak dapat terkirim.

## Tabel 2. Hasil pengujian jarak jangkau Xbee
No. Jarak (meter) Status 1 10 Terkirim 2 20 Terkirim 3 30 Terkirim 4 40 Terkirim 5 50 Terkirim 6 60 Terkirim 7 70 Terkirim 8 80 Terkirim 9 90 Tidak Terkirim 10 100 Tidak Terkirim

## C. Pengujian Keseluruhan
Pengujian  keseluruhan  adalah  gabungan  dari pengujian dua node yaitu pada node pertama sensor sebagai masukan yang dihubungkan pada mikrokontroler  dan  Xbee  pengirim. Node kedua yaitu  Xbee  penerima  yang  dihubungkan  pada mikrokontroler  untuk  mengolah  data,  kemudian data  ditampilkan  pada  layar  LCD.  Pengujian keseluruhan  dilakukan  untuk  mendapatkan  data hasil  pengujian  alat  sekaligus  hasil  yang  baik apakah  alat  sudah  sesuai  dengan  rancangan.  Pada percobaan  pertama,  pengujian  dilakukan  dengan mengirim  data  dari  pengirim  ke  penerima  di  luar ruangan  tanpa  penghalang.  Cara  pengujian  dengan melakukan  variasi  jarak  yang  berbeda-beda  dan tempat alat yang disimpan berbeda-beda. Pengujian alat  dilakukan  di  tempat  budidaya  tanaman hidroponik di CV. Alam Pasundan pada tanggal 22 Oktober  2016  seperti  dilihat  pada  Gambar  7.  Hasil pengujian  di  luar  ruangan  tanpa  penghalang disajikan  pada  Tabel  3.  Dari  hasil  pengujian tersebut  diperoleh  rata-rata  suhu  terukur  adalah 28,94℃  dan  kelembapan  59,06%  dari  pukul  13.00 WIB  sampai  dengan  pukul  14.30  WIB.  Selain  itu, data  sensor  dapat  terkirim  dari  pengirim  ke penerima hingga jarak 240 meter.
Pada  percobaan  kedua,  dilakukan  dengan merubah  tempat  pengirim  dan  penerima.  Pada percobaan  ini,  pengirim  diletakan  di  ruangan hidroponik,  sedangkan  untuk  penerima  diletakan pada  ruangan  berbeda  dengan  penghalang  cukup berat  seperti  dinding.  Hasil  percobaan  kedua  ini dapat  dilihat  pada  Tabel  4.  Hasil  pengujian menunjukkan rata-rata suhu terukur adalah 29,14℃ dan  kelembapan  58,86%.  Kemudian  dari  hasil pengukuran  didapat  jarak  jangkauan  mencapai  70 meter.

## Tabel 3. Hasil pengujian di luar ruangan (tanpa penghalang)
No. Jarak (m) Suhu (℃) Kelembapan (%) Ket. Alarm S1 S2 S3 S4 R S1 S2 S3 S4 R 1 30 28 27 27 30 28 47 59 53 56 53,75 Terkirim OFF 2 60 29 28 28 29 28,5 55 61 55 60 57,75 Terkirim OFF 3 90 28 30 31 30 29,75 50 57 62 65 58,5 Terkirim OFF 4 120 28 29 30 29 29 58
55 60 60 58,25 Terkirim OFF 5 150 30 30 29 31 30 67 61 58 57 60,75 Terkirim ON 6 180 31 30 28 29 29,5 65 59 58 58 60 Terkirim OFF 7 210 28 30 28 29 28,75 65 60 60 60 61,25 Terkirim OFF 8 240 28 29 27 28 28 65
60 61 63 62,25 Terkirim OFF 9 270 - - - - - - - - - - Tidak Terkirim OFF 10 300 - - - - - - - - - - Tidak Terkirim OFF Rata-rata 28,94 Rata-rata 59,06 S1-S4 : Sensor 1 sampai dengan sensor 4 R : Rata-rata
Tabel 4. Hasil Pengujian di dalam ruangan (dengan penghalang)
No. Jarak (m) Suhu (℃) Kelembapan (%) Ket. Alarm S1 S2 S3 S4 R S1 S2 S3 S4 R 1 10 28 28 28 30 28,5 46 58 50 55 52,25  Terkirim OFF 2 20 30 31 29 31 30,25 55 61 57 62 58,75  Terkirim ON 3 30 28 30 31 29 29,5 50 57 62 65 58,5 Terkirim OFF 4 40 28 29 30 30 29,25 58 55 60 62 58,75  Terkirim OFF 5 50 29 28 28 29 28,5 67 61 58 57 60,75  Terkirim OFF 6 60 31 30 28 29 29,5 65 59 58 58 60 Terkirim OFF 7 70 28 29 28 29 28,5 65 67 60 60 63 Terkirim OFF 8 80 - - - - - - - - - - Tidak Terkirim OFF 9 90 - - - - - - - - - - Tidak Terkirim OFF 10 100 - - - - - - - - - - Tidak Terkirim OFF Rata-rata 29,14 Rata-rata 58,86 S1-S4 : Sensor 1 sampai dengan sensor 4 R
: Rata-rata
Gambar 7. Pengujian di tempat budidaya hidroponik

## IV. K ESIMPULAN
Sistem  monitoring  suhu  dan  kelembapan  secara nirkabel  berbasis  komunikasi  Xbee  telah  berhasil dirancang  dan  diimplementasikan  pada  budidaya tanaman hidroponik. Sistem dirancang menggunakan  sensor  DHT11  sebagai  masukan, Arduino Uno sebagai mikrokontroler, Xbee sebagai pengirim  dan  penerima  data  secara  nirkabel,  dan perangkat penampil LCD. Hasil pengujian menunjukkan  bahwa  sensor  mampu  mendeteksi suhu  dan  kelembapan  dengan  rata-rata  kesalahan sebesar  0,75℃  dan  3%.  Selain  itu,  data  dapat dikirim  dan  diterima  secara  nirkabel  dengan  jarak jangkau di luar ruangan tanpa penghalang mencapai 240  meter,  sedangkan  jarak  jangkau  di  dalam ruangan dengan penghalang mencapai 70 meter.

## R EFERENSI
[1]  A.  T.  Wicaksono,  “Faktor  yang  Mempengaruhi Mutu  Panen”, Makalah  Teknologi  Budidaya Tanaman Perkebunan , 2014.
[2]  Y.  S.  Defriyadi,  “Pengendali  Intensitas  Cahaya, Suhu,  dan  Kelembaban  Pada  Rumah  Kaca  dengan Metode PID”, Universitas Bengkulu, 2014.
[3]  R.  H.  S.  S.  Koko  Joni,  “Pengujian  Protokol  IEEE 802.15.4/Zigbee di Lingkungan Outdoor”, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta, 2012.
[4]  S.  S.  Oktofani,  “Sistem  Pengendalian  Suhu  dan Kelembaban  Berbasis  Embedded  System,    Teknik Elektro”, Universitas Brawijaya, Malang, 2013.
[5 ] S.  Heri,  R.  Pramana,  and  M.  Mujahidin, “Perancangan  Sistem  Telemetri  Wireless  Untuk Mengukur Suhu dan Kelembaban Berbasis Arduino Uno  R3  ATmega328P  dan  XBee  Pro,” Skripsi. Fakultas Teknik. Universitas Maritim Raja Ali Haji. Tanjung Pinang, 2013.
[ 6 ] A.  Lutfi  and  R.  Sumiharto,  “Implementasi  jaringan sensor  nirkabel  berbasis  XBee  studi  kasus pemantauan suhu dan kelembaban,” IJEIS (Indonesian Journal of Electronics and
Instrumentation Systems) , Vol. 2 No. 2, pp. 119-130, 2012.
[7]  J.  Nugroho,  “Sistem  Monitoring  Pendeteksi  Suhu dan  Kelembapan  pada  Rumah  Jamur  Berbasis Mikrokontroller AT-Mega 328,” Skripsi Universitas Muhammadiyah Ponorogo, 2014.