## Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN: 2086 ‐ 9479

## RANCANG BANGUN SISTEM PENGAIRAN TANAMAN MENGGUNAKAN SENSOR KELEMBABAN TANAH

## Akhmad Wahyu Dani
Teknik Elektro Universitas Mercu Buana Jakarta, Indonesia
ahmad_wahyudani@yahoo.co.id
Aldila
Teknik Elektro
Universitas Mercu Buana Jakarta, Indonesia
Abstrak —  Penghijauan  sangat  penting  dalam  kehidupan manusia.  Tanaman  adalah  kekayaan  keanekaragaman  hayati yang  menyediakan  jasa  ekosistem  yang  penting,  seperti mengatur  aliran  air  dan  mempengaruhi  pola  cuaca.  Tanaman juga  membantu  mengatur  jumlah  gas  rumah  kaca,  karbon dioksida  di  atmosfir.  Dengan  berkembangnya  teknologi  saat  ini dimungkinkan  membuat  sebuah  teknologi  dalam  penyiraman. Tujuan  dilakukannya  penelitian  ini  adalah  merancang  dan membuat  sebuah  sistem  yang  mampu  melakukan  penyiraman secara  otomatis  dan  mendeteksi  ketersediaan  air  untuk penyiraman.  Sistem  ini  dibagi  menjadi  2  bagian,  yaitu  sistem otomatis penyiraman tanaman dan sistem pendeteksi kekosongan  air  pada  tangki  air  penyiraman.  Sistem  ini menggunakan  Arduino  Uno  sebagai  pengotrol  utama.  Sensor yang  digunakan  adalah  sensor  kelembaban  tanah  yang digunakan untuk membaca keadaan tanah dan sensor ultrasonik yang  digunakan  untuk  mendeteksi  ketinggian  air  pada  tangki. Berdasarkan  hasil  pengujian,  persentase  kesalahan  rata-rata sensor  kelembaban  tanah  adalah  3,285%,  sedangkan  persentase kesalahan  rata-rata  sensor  ultrasonik  adalah  4,91%.  Buzzer akan  menyala  jika  diberi  tegangan  kecil  sekitar  0V  sampai dengan  0,07V,  dan  berhenti  berbunyi  jika  diberi  tegangan  4V sampai 5V.
Kata Kunci— Penghijauan, Sensor Kelembaban Tanah, Sensor Ultrasonik, Arduino Uno

## I. P ENDAHULUAN
Penghijauan atau go green saat ini sudah banyak diterapkan masyarakat luas. Penghijauan sangat penting bagi keberlangsungan  hidup  orang  banyak.  Perkembangan  ilmu pengetahuan  yang  sangat  pesat  memungkinkan  untuk melakukan  perawatan  tanaman  dengan  sistem  otomatis  yang dilakukan tanpa harus melakukan perawatan secara langsung.
Yang  akan  dibahas  mengenai  penyiraman  tanaman  secara otomatis  dan  dilengkapi  sistem  alarm  pada  tangki  air penyiramannya.  Kelembaban  tanah  dipantau  menggunakan Soil Moisture Sensor, yaitu sebuah modul sensor yang mampu membaca  nilai  kelembaban  tanah.  Jika  tanah  dalam  keadaan
kering,  alat  penyiram  akan  menyiram  tanah  sampai  keadaan tanah menjadi basah.
Alat  ini  menggunakan  tangki  air  sebagai  sumber  air  yang digunakan  untuk  menyiram  tanah.  Pada  saat  tangki  kosong, sensor  ultrasonic  akan  mendeteksi  jarak  ketinggian  air  dan membunyikan  buzzer  sebagai  penanda  kepada  pengguna bahwa air di dalam tangki harus diisi kembali.
Berdasarkan  latar  belakang  di  atas,  maka  permasalahan yang  timbul  adalah  bagaimana  cara  membuat  sistem  otomatis pada  penyiraman  tanaman  dengan  menggunakan  sensor kelembaban  tanah  dan  sistem  pendeteksi  kekosongan  air pada tangki air penyiraman.
Tujuan penelitian ini adalah membuat sistem otomatis pada penyiraman tanaman dengan menggunakan sensor kelembaban tanah  dan  membuat  sistem  pendeteksi  kekosongan  air  pada tangki air penyiraman.

## II. T INJAUAN P USTAKA

## A. Parameter Tanah
Tanah  merupakan  hasil  transformasi  zat-zat  mineral  dan organik  di  muka  daratan  bumi  [1].  Dapat  dikatakan  bahwa tanah  adalah  sumber  utama  penyedia  zat  hara bagi  tumbuhan. Tanah juga adalah tapak utama terjadinya berbagai bentuk zat di  dalam  daur  makanan  [2].  Komponen  tanah  tersusun  antara satu dengan yang lain membentuk tubuh tanah.

## Tabel 1. Derajat Kejenuhan Tanah
Keadaan Tanah Derajat Kejenuhan S Tanah kering Tanah agak lembab Tanah lembab Tanah sangat lembab Tanah basah Tanah Jenuh 0 0  -  0,25 0,26  -  0,50 0,51  -  0,75 0,76  -  0,99 1

## Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN: 2086 ‐ 9479

## B. Arduino Uno
Arduino  adalah  pengendali  mikro  single  board  yang bersifat  open-source,  diturunkan  dari wiring-platform. Hardwarenya  menggunakan  prosesor  Atmel  AVR  dan softwarenya  memiliki  bahasa  pemrograman  Arduino  yang bersifat  powerfull  dan  mudah  digunakan.  Secara  umum Arduino terdiri dari dua bagian, yaitu:
a. Hardware  papan input/output (I/O)
b. Software  Arduino  meliputi  IDE  untuk  menulis program,  driver  untuk  koneksi  dengan  komputer,  contoh program dan library untuk pengembangan program.[3]

## Gambar 1. Arduino Uno

## C. Soil Moisture Sensor
Soil moisture sensor mampu mengukur kadar air di dalam tanah, dengan 2 buah probe pada ujung sensor. Dalam satu set sensor  moisture  tipe  YL-  69  terdapat  sebuah  modul  yang didalamnya  terdapat  IC  LM393  yang  berfugsi  untuk  proses pembading  offset  renda  yang  lebih  rendah  dari  5mV,  yang sangat stabil dan presisi. Sensitivitas pendeteksian dapat diatur dengan  memutar  potensiometer  yang  terpasang  di  modul pemroses.  Untuk  pendeteksian  secara  presisi  menggunakan mikrokontroler  atau  arduino,  dapat  menggunakan  keluaran analog  (sambungan  dengan  pin  ADC  atau  analog  input  pada mikrokontroler  )  yang  akan  memberikan  nilai  kelembaban pada  skala  0  V(relatif  terhadap  GND)  hingga  vcc  (tegangan catu daya). Modul ini dapat menggunakan catu daya antara 3,3 volt  hingga  5  volt  sehingga  fleksibel  untuk  digunakan  pada berbagai macam microkontroler. [4]
Gambar 2. Sensor Kelembaban Tanah

## D. Relay Modul 2 Channel
Modul  relay  beroperasi  secara  elektrikal  yang  melakukan switch  on  maupun  off  menggunakan  tegangan  dan/atau  arus yang  lebih  besar  dari  tegangan  maupun  arus  mikrokontroler.
Pada relay, tidak ada sambungan antara tegangan rendah pada rangkaian dari mikrokontroler, dan tegangan tinggi rangkaian. Relay  memproteksi  setiap  rangkaian  yang  satu  dengan  yang lain.
Gambar 3. Relay Modul 2 Channel

## E. Solenoid Valve
Solenoid  valve  merupakan  katup  yang  dikendalikan dengan  arus  listrik  baik  AC  maupun  DC  melalui  kumparan  / solenoida. Solenoid valve ini merupakan elemen kontrol yang paling  sering  digunakan  dalam  sistem  fluida.  Seperti  pada sistem pneumatik, sistem hidrolik ataupun pada sistem kontrol mesin yang membutuhkan elemen kontrol otomatis. [5]

## Gambar 4. Solenoid Valve

## F. Modul Led Matrix
Modul  led  matrix  bekerja  pada  power  5V,  apabila  modul ini mendapat power lebih dari 5V, maka modul ini akan rusak. Jika  power  kurang  dari  5V,  maka  akan  terjadi  error  data karena  data  digital  hanya  dapat  bekerja  pada  tegangan  5V. Selain tegangan, ada hal lain yang perlu diperhatikan pada led matrix,  yaitu  arus.  Modul  ini  bekerja  pada  arus  maksimal 300mA  dan  rekomendasi  arus  yang  dapat  digunakan  adalah sebesar  100mA.  Modul  ini  juga  dapat  disambung  dengan beberapa  modul  yang  sama  untuk  led  matrix  yang  lebih banyak. [6]
Gambar 4. Modul Led Matrix

## Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN: 2086 ‐ 9479

## G. Sensor Ultrasonik
Sensor  jarak  adalah  sensor  yang  digunakan  untuk melakukan  pengukuran  jarak.  [7].  Sensor  ultrasonik  mampu mendeteksi  jarak  benda  menggunakan  gelombang  ultrasonik. Gelombang  ultrasonik  adalah  gelombang  dengan  besar frekuensi diatas frekuensi gelombang suara yaitu lebih dari 20 KHz.
Gambar 5. Sensor Ultrasonik
Gambar  5.  menunjukkan  sensor  ultrasonik.  Sensor ultrasonik  terdiri  dari  rangkaian  pemancar  ultrasonik  yang disebut  transmitter  dan  rangkaian  penerima  ultrasonik  yang disebut  receiver.  Sinyal  ultrasonik  yang  dibangkitkan  akan dipancarkan  dari  transmitter  ultrasonik.  Ketika  sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima  oleh  reciever  ultrasonik.  Sinyal  yang  diterima  oleh rangkaian  receiver  dikirimkan  ke  rangkaian  mikrokontroler untuk  selanjutnya  diolah  untuk  menghitung  jarak  terhadap benda di depannya (bidang pantul). [8]

## H. Buzzer
Buzzer  adalah  sebuah  komponen  elektronika  yang berfungsi  untuk  mengubah  getaran  listrik  menjadi  getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud  speaker,  jadi  buzzer  juga  terdiri  dari  kumparan  yang terpasang  pada  diafragma.  Buzzer  ditunjukkan  pada  Gambar 2.14. [9]

## Gambar 6. Buzzer III. P ERANCANGAN A LAT
Pada  perancangan  alat  sistem  pengairan  tanaman  ini menggunakan 2 buah sensor, yaitu sensor ultrasonik dan sensor kelembaban  tanah.  Gambar  7  menunjukkan  diagram  blok sistem.
Sensor Ultrasonik Sensor Kelembaban Tanah Arduino Uno Buzzer Relay Solenoid Valve Led Matrix
Gambar 7. Diagram Blog Sistem
Berikut  ini  adalah  flowchart  dari  pemrograman  Rancang Bangun  Sistem  Pengairan  Tanaman  Menggunakan  Sensor Kelembaban Tanah.
Mulai
Selesai Tangki dalam keadaan kosong? Buzzer nonaktif Iya Tanah dalam keadaan kering Relay close Buzzer aktif Air pada tangki diisi Tangki sudah diisi air Tidak Led matrix memberi tanda tanah kering Tanah sudah lembab Tidak Led matrix memberi tanda tanah lembab Relay open Solenoid valve menutup Sensor kelembaban membaca kelembaban tanah Sensor ultrasonik membaca ketinggian air Sensor ultrasonik membaca ketinggian air Sensor kelembaban membaca kelembaban tanah Ya Ya Ya Ya Tidak Tidak
Gambar 8. Flowchart Pemrograman

## IV. P ENGUJIAN A LAT
Rancang bangun penyiraman tanaman menggunakan sensor kelembaban tanah menggunakan dua buah sensor, yaitu sensor kelembaban tanah dan sensor ultrasonik. Led matrix berfungsi sebagai  penanda  keadaan  tanah.  Ada  dua  keadaan  tanah  yang akan  ditunjukkan  pada  led  matrix,  yaitu  keadaa  smile  dan frown.
Tabel 2. Pengujian Sensor Kelembaban Tanah
No Banyaknya air (mL) Nilai Keluaran Sensor Status tanah berdasarkan sensor Perhitungan kejenuhan Status tanah berdasarkan perhitungan 1 0 36 Kering 0 Kering 2 10 360 Lembab 0,08 Agak Lembab 3 20 399 Lembab 0,16 Agak

## Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN: 2086 ‐ 9479
Lembab 4 30 446 Lembab 0,24 Agak Lembab 5 40 571 Lembab 0,32 Lembab 6 50 654 Lembab 0,4 Lembab 7 60 673 Lembab 0,48 Lembab 8 70 677 Lembab 0,56 Sangat Lembab 9 80 681 Lembab 0,63 Sangat Lembab 10 90 716 Basah 0,71 Sangat Lembab 11 100 737 Basah 0,79 Basah
Status  tanah  berdasarkan  perhitungan  diambil  berdasarkan tabel  derajat  kejenuhan,  sedangkan  status  tanah  pengukuran dengan  sensor  kelembaban  tanah  diambil  berdasarkan karakteristik nilai sensor yang sudah ditetapkan.
Sensor yang digunakan adalah sensor ultrasonik HC-SR04. Monitoring  dilakukan  melalui  Serial  Monitor  pada  Arduino. Nilai yang keluar sudah dalam bentuk cm. pengujian dilakukan dengan  menggunakan  botol  setinggi  18cm,  sehingga  tinggi permukaan  air  didapat  dari  18  cm  dikurangi  jarak  sensor dengan permukaan air.
Tabel 3. Pengujian Sensor Ultrasonik
No. Ketinggian Air (cm) Pengukuran Sensor (cm) Nilai Tengah Kesalahan (%) 1 14 14 14 0 2 12 12 12 0 3 10 10 sampai 11 10,5 4,76 4 8 8 sampai 9 8,5 5,88 5 6 5 sampai 8 6,5 7,69 6 4 4 sampai 5 4,5 11,11 Persentase Kesalahan Rata - Rata 4,91 Tabel 4. Pengujian Led Matrix No. Banyaknya air (mL) Nilai Keluaran Sensor Pola Led Matrix 1 0 36 Frown 2 10 360 Frown 3 20 399 Frown 4 30 446 Smile 5 40 571 Smile
6 50 654 Smile 7 60 673 Smile 8 70 677 Smile 9 80 681 Smile 10 90 716 Smile 11 100 737 Smile
Pada  Tabel  4  terlihat  bahwa  pada  saat  sensor  mengukur kelembaban  tanah  dengan  nilai  36,  360,  dan  399,  led  matrix menunjukkan  pola  frown.  Sedangkan  jika  sensor  kelembaban tanah  mengukur  kelembaban  tanah  dengan  nilai  400  ke  atas, maka led matrix akan menunjukkan pola smile.
Buzzer  berfungsi  sebagai  penanda  jika  tangki  air  kosong. Buzzer  akan  aktif  jika  permukaan  air  berjarak  10cm  dari sensor.
Tabel 5. Pengujian Buzzer
No Jarak (cm) Status Buzzer Tegangan Vcc (V) Tegangan input  (V) 1 4 Tidak aktif 4,61 4,57 2 6 Tidak aktif 4,65 4,62 3 8 Tidak aktif 4,61 4,59 4 9 Tidak aktif 4,62 4,6 5 10 Tidak Aktif 4,62 4,59 6 12 Aktif 4,4 0,06 7 14 Aktif 4,42 0,07
Dari  hasil  percobaan  buzzer  terlihat  bahwa  buzzer  aktif berdasarkan  nilai  yang  terbaca  pada  sensor  ultrasonik.  Pada saat  jarak  sensor  dengan  permukaan  air  10cm,  buzzer  tidak aktif,  ketika  ketinggian  air  di  atas  10cm,  yaitu  12cm,  buzzer aktif.
Pada  saat  buzzer  tidak  aktif,  tegangan  input  hampir  sama dengan  tegangan  Vcc.  Sedangkan  pada  saat  buzzer  menyala, tegangan input menjadi 0,07V.
Pada  sistem  penyiram  tanaman  otomatis  ini,  dilengkapi manual  switch.  Pengujian  manual  switch  dilakukan  untuk mengetahui  apakah  manual  switch  dapat  berfungsi  dengan baik. Manual switch akan mengaktifkan solenoid valve secara manual sehingga dapat melakukan penyiraman.

## Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu Buana

## ISSN: 2086 ‐ 9479

## Tabel 6. Pengujian Manual Switch
Keadaan switch Percobaan ke- Solenoid valve Besar tegangan pada solenoid valve (V AC)
Off 1 Menutup 0 2 0 3 0 On 1 Membuka 234 2 234
3 234

## V. K ESIMPULAN
Setelah melakukan perancangan, pembuatan dan pengujian sistem, maka dapat disimpulkan beberapa hal yaitu :
Nilai yang dihasilkan pada sensor kelembaban tanah dapat dikonversi  menjadi  tegangan  keluaran  sensor.  Berdasarkan perbandingan  nilai  yang dihasilkan  sensor dan tegangan  yang diukur,  didapat  presentase  kesalahan  rata-ratanya  adalah 3,285%.  Presentase  kesalahan  terbesar  adalah  saat  tanah mengukur kelembaban tanah sebesar 360, yaitu 10,9%.
Berdasarkan  perhitungan  sensor  kelembaban  tanah  dan perhitungan  derajat  kejenuhan  tanah,  status  tanah  tidak berbeda  jauh  antara  saat  tanah  keadaan  kering,  lembab, maupun saat tanah dalam keadaan basah.
Sensor  ultasonik  membaca  jarak  antara  permukaan  air dengan  sensor.  Sensor  memiliki  nilai  presentase  kesalahan rata-rata  sebesar  4,91%.  Nilai  persentase  kesalahan  tertinggi adalah  saat  mengukur  air  dengan  ketinggian  4  cm  sebesar 11,11%.
Berdasarkan  hasil  pengujian,  led  matrix  akan  membentuk pola smile jika nilai kelembaban tanah di atas 400, sedangkan pada  saat  keadaan  tanah  di  bawah  400,  led  matrix  akan menunjukkan pola frown.
Berdasarkan  hasil  pengujian,  buzzer  akan  berbunyi  jika tegangan yang masuk ke pin input kecil yaitu sebesar 0,06 V, jika tegangan yang masuk hampir sama dengan tegangan Vcc, maka buzzer berhenti berbunyi.
Solenoid  valve  menutup  jika  tegangan  yang  masuk  0V, dan membuka jika diberi tegangan 234V.

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Penulis  mengucapkan  banyak  terima  kasih  kepada mahasiswa-mahasiswa  serta  rekan-rekan  dosen  yang  terlibat dalam penelitian ini baik secara langsung maupun secara tidak langsung.  Penulis  juga  mengucapkan  terima  kasih  kepada  tim editorial  Jurnal  Teknologi  Elektro  yang  telah  menerbitkan penelitian ini.

## D AFTAR P USTAKA
[1] Sutanto, R. 2009. Dasar – Dasar Ilmu Tanah. Yogyakarta: Kanisius
[2] Nasoetion,  A.  H.  2009.  Pengantar  ke  Ilmu  –  Ilmu  Pertanian.  Jakarta: Raja Grafindo Persada
[3] Wibowo, S. 2015. Perancangan Sistem Kontrol Jarak Jauh Berbasis Web untuk  Memudahkan  Pengguna  Dalam  Pengendakian  Perangkat  Listrik Rumah  Tangga.  Malang:  Sekolah  Tinggi  Informatika  dan  Komputer Indonesia.
[4] Prasetyo,  E.N.  2015.  Prototype  Penyiram  Tanaman  Persemaian  dengan Sensor  Kelembaban  Tanah  Berbasis  Arduino.  Surakarta:  Universitas Muhammadiyah Surakarta
[5] Ramdani,  H.  2015.  Rancang  Bangun  Simulator  Excavator  dengan Sistem Kendali Jarak Jauh (Perancangan). Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya.
[6] Sulisthio,  N.  B.,  Limbardo,  E.,  Joko.  2010.  Perancangan  Media Penyampaian Informasi Otomatis dengan Led Matrix Berbasis Arduino.
[7] Andrianto,  H.  2013.  Pemrograman  Mikrokontroler  AVR  ATmega16 Menggunakan Bahasa C.
[8] Johanson,  Sudiyatmoko,  W.E.,  Sebastian,  E.,  Linggarjati,  J.  2012. Sistem Pemantau Volume Air Berbasis Ultrasonik dengan Aplikasi Gui. Palmerah: Universitas Bina Nusantara.
[9] Nurcahya,  A.  2014.  Sensor  Ultrasonik  SR04  untuk  Mendeteksi  Banjir. Yogyakarta:  Sekolah  Tinggi  MAnajemen  Informatika  dan  Komputer AMIKOM.