## Perancangan dan Monitoring Sistem Pertanian Hidroponik Berbasis Wireless Sensor Network (WSN)
Aswadul Fitri Saiful Rahman 1 , Muhammad Satria Nugraha 2 , Agung Nugraha 3 1,2,3 Teknik Elektro,Fakultas Teknologi Industri Universitas Balikpapan Jln. Pupuk Raya Gn. Bahagia Balikpapan 76114 INDONESIA Email: 1 aswadul864@uniba-bpn.ac.id
Abstrak- Hidroponik merupakan cara bercocok tanam dengan media  air  yang  mengandung  nutrisi  di  dalamnya.  Salah  satu faktor keberhasilan hidroponik yaitu dipengaruhi oleh bagaimana cara pemilik  melakukan pemeriksaan  kadar air dan  melakukan pengisian nutrisi secara teratur. Pemeriksaan biasanya dilakukan dengan  cara  manual  menggunakan  alat  TDS  dan  melakukan pengisian nutrisi hidroponik secara teratur sesuai umur tanaman dan jumlah yg sesuai. Ada saatnya pemilik tanaman hidroponik tetap  dapat  memeriksa  parameter  dan  memonitor  pengisian nutrisi  secara  otomatis  meskipun  berada  jauh  dari  lokasi penanaman,  untuk  itu  dalam  penelitian  ini  akan  dirancang perangkat  alternatif  untuk  memudahkan  pemilik  dalam memonitor tanaman hidroponik dari jarak jauh yang berbasiskan Wireless  Sensor  Network  (WSN).  Parameter  pengontrolan  akan dikirimkan ke server melalui jaringan sensor nirkabel (WSN) dan akan  disimpan  ke  dalam  database  secara  realtime,  WSN merupakan kumpulan dari beberapa node sensor yang dibangun di  atas  standar  IEEE  802.15.4  dengan  daya  konsumsi  rendah. Topologi  Mesh  WSN  dapat  menghubungkan  area  tanaman hidroponik  satu  dengan  lainnya  dalam  lingkup  WSN.  Untuk monitor  dari  luar  WSN,  bisa  diakses  melalui  web  atau  aplikasi android  yang  terhubung  ke  web  server  sistem  informasi hidroponik.  Satu  node  sensor  akan  terintegrasi  dengan Mikrokontroler, Sensor (TDS, pH air, suhu, kelembaban), Relay, Solar panel dan Modul transmisi nirkabel untuk pengiriman data. Perancangan ini diharapkan dapat membantu petani hidroponik dalam memonitor dan mengontrol tanamannya setiap saat tanpa harus datang ke tempat penanaman.
Kata kunci: Hidroponik, Wireless Sensor Network (WSN), Sensor.

## I. P ENDAHULUAN
Hidroponik  merupakan  cara  bercocok  tanam  yang berkembang  saat  ini,  salah  satu  alasannya  yaitu  terbatasnya lahan untuk penanaman konvensional. Teknik menanam secara hidroponik  yang  dapat  menghemat  lahan  sangat  cocok  untuk daerah perkotaan yang tidak terlalu luas dan tanah yang tidak mendukung untuk sistem pertanian yang menggunakan media tanah.  Hidroponik  merupakan  suatu  cara  budidaya  tanaman tanpa  menggunakan  tanah,  akan  tetapi  menggunakan  media inert  seperti  gravel,  pasir,  peat,  vermikulit,  pumice  atau sawdust, yang diberikan larutan hara yang mengandung semua elemen  essensial  yang  diperlukan  untuk  pertumbuhan  dan perkembangan normal tanaman [1]. Hal lain yang diperhatikan dalam menanam secara hidroponik yaitu penyiraman tanaman secara  teratur  agar  tanaman  dapat  tumbuh  dengan    baik. Pemelihara  tanaman  dibutuhkan  waktu  yang  tepat  untuk pemberian nutrisi agar tanaman tersebut tumbuh sehat dan baik, akan  tetapi  hal  tersebut  sulit  untuk  dikerjakan  dikarenakan kesibukan  dari  masyarakat  yang  berbeda-beda,  salah  satu
kelemahannya yaitu perawatan tanaman yang sesuai jadwal dan itu merupakan kendala disaat masyarakat sibuk atau bekerja [2].
Penelitian  ini  akan  merujuk  pada  perawatan  tanaman  yang dapat dilakukan dimana saja dan kapan saja yang tidak menyita banyak waktu, jadi kita tetap dapat menjalankan pekerjaan yang lebih penting dan tenaman tetap sehat dan baik. Sebagai contoh, Jika  hanya  menggunakan  sensor  DHT,  kita  hanya  dapat memonitor  suhu  dan  kelembaban  tanaman  hidroponik,  itu merupakan  cara  yang  tidak  begitu  bagus,  dikarenakan  dalam merawat tanaman hidroponik tidak hanya memonitor suhu dan kelembaban  tetapi  kita  juga  harus  memonitor  kadar  nutrisi tanaman  hidroponik  dan  pengisian  nutrisi  secara  teratur, sehingga  dapat  meningkatkan  kualitas  tanaman  hidroponik. Oleh  karena  itu  pada  penelitian  ini  dirancang  perangkat alternatif  untuk  memudahkan  pemilik  dalam  memonitor tanaman  hidroponik  dari  jarak  jauh  dengan  memanfaatkan Wireless Sensor Network (WSN). Monitor dan kontrol  dapat dilakukan  melaui  sistem  informasi  berbasis  web  yang  dapat diakses  melalui  laptop  atau  smartphone.  Wireless  Sensor Network (WSN) akan digunakan sebagai transmisi pengiriman data yang dapat menghubungkan satu area hidroponik dengan area hidroponik yang lain dengan satu server.

## II. L ANDASAN T EORI

## A. Tinjauan Pustaka
Sistem  Monitoring  Tanaman  Hidroponik  dan  Pengisian Nutrisi  Secara  Otomatis  untuk  memudahkan  pemilik  dalam memonitor  tanaman  hidroponik  dari  jarak  jauh  yang berbasiskan  Wireless  Sensor  Network  (WSN)  dan  Router. Parameter  pengontrolan  akan  dikirimkan  ke  server  melalui jaringan  sensor  nirkabel  (WSN)  dan  akan  disimpan  ke  dalam database  secara  realtime  [3].  Topologi  Mesh  WSN  dapat menghubungkan area tanaman hidroponik satu dengan lainnya dalam lingkup WSN. Untuk monitor dari luar WSN, digunakan teknologi IoT yang terhubung ke web server sistem informasi hidroponik.  Satu  node  sensor  akan  terintegrasi  dengan Mikrokontroler,  Sensor  (TDS,  pH  air,  suhu,  kelembaban), Relay,  Solar  panel  dan  Modul  transmisi  nirkabel  untuk pengiriman data.
Sistem Monitoring Suhu, Kelembaban, dan Pengendali  Penyiraman  Tanaman  Hidroponik  menggunakan Blynk  Android  sistem  ini  menggunakan  handphone  android yang  sudah  terinstal  aplikasi  blynk  dan  terhubung  ke  internet untuk  berkomunikasi  dengan  mikrokontroler  agar  dapat dikendalikan  dari  jarak  jauh.  Perintah  yang  diberikan  oleh aplikasi  blynk  berupa  nyala  relay  yang  terhubung  dengan
pompa air dan aplikasi bynk mendapatkan informasi suhu dan kelembaban  yang  diperoleh  dari  sensor  DHT11  melalui mikrokontroler yang terhubung dengan internet [2].
Dusan Markovic dkk, dalam papernya Application of IoT in monitoring and controlling agricultural production, merancang perangkat  monitoring  pertanian  yang  tersebar  ke  titik-titik sensor  melalui  jaringan  wifi.  Perancangan  menggunakan jaringan wifi 8266 untuk terhubung ke router dan ke Internet of Thing  (IoT),  arduino  sebagai  kontrolnya  dan  beberapa  sensor untuk parameter  monitoring tanaman. Wifi sangat  simple dan efektif dalam mengirmkan data tetapi jika transmisi pada satu area  mati  maka  data  sensor  tidak  akan  terkirim  (poin  to multipoin)  [4].  Untuk  mengatasi  hal  tersebut,  dalam perancangan ini akan digunakan konsep WSN yang mempunya topologi jaringan Mesh.
Internet of Things Application to Monitoring Plant Disease and Insect Pests, paper ini mempresentasikan konsep IoT yang digunakan  untuk  pengendalian  hama  serangga  dan  penyakit tanaman,  komponen  terdiri  dari  sistem  pemantau  pada  pusat informasi  dan  titik  sensor  untuk  mengambil  data  serta komponen  pengolah  data.  Pengiriman  data  langsung  melalui internet dikarenakan data pertanian biasa sangat komplek dan banyak  [5].  Perancangan  pada  penelitian  ini  menggunakan konsep WSN untuk mengumpulkan data hidroponik pada lokal area dan IoT untuk pengontrolan melalui eksternal WSN.

## B. Hidroponik
Dalam kajian bahasa, hidroponik berasal dari kata hydro yang berarti  air  dan  ponos  yang  berarti  kerja.  Jadi,  hidroponik memiliki  pengertian  secara  bebas  teknik  bercocok  tanam dengan menekankan pada kebutuhan nutrisi bagi tanaman, atau dalam pengertian sehari-hari bercocok tanam tanpa tanah. Dari pengertian ini terlihat bahwa munculnya teknik bertanam secara hidroponik  diawali  oleh  pentingnya  kebutuhan  pupuk  bagi tanaman. Di mana pun tumbuhnya sebuah tanaman akan tetap dapat  tumbuh  dengan  baik  apabila  nutrisi  (unsur  hara)  yang dibutuhkan  selalu  tercukupi.  Dalam  hal  ini  fungsi  dari  tanah adalah untuk penyangga tanaman dan air yang ada merupakan pelarut  nutrisi,  kemudian  akan  diserap  tanaman.  Teori  inilah yang akhirnya melahirkan teknik bertanam dengan hidroponik, di  mana  hal  yang  paling  utama  adalah  pemenuhan  kebutuhan nutrisi [1].
Dalam  pertanian  hidroponik  ini  terdapat  beberapa keuntungan, yaitu sebagai berikut [6],
 Tanaman  untuk  tumbuh  dan  berproduksi  lebih  terjamin keberhasilannya.
 Gangguan hama lebih terkontrol dan perawatannya lebih mudah.
 Pemakaian pupuk lebih efisien.
 Tanaman yang mati lebih mudah diganti dengan tanaman yang baru.
 Tidak membutuhkan banyak tenaga karena metode kerja lebih mudah.
 Tanaman dapat tumbuh lebih cepat dengan keadaan yang tidak kotor dan rusak.
Hasil produksi lebih tinggi dibandingkan dengan penanaman ditanah. Sedangkan kelemahannya antara lain, modal awal yang
mahal dan Memerlukan keterampilan khusus untuk menimbang dan meramu bahan kimia. Gambar 1 dan 2 menunjukkan contoh pertanian dengan menggunakan pola hidroponik.

## Gambar 1. Sistem Hidroponik

## C.  Mikrokontroler
Arduino  adalah  pengendali  mikro  single-board  yang bersifat  open-source,  diturunkan  dari  wiring  platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai  bidang.  Hardware-nya  memiliki  prosesor  Atmel AVR  dan  software-nya  memiliki  bahasa  pemrograman sendiri [7].

## D. Panel Surya
Panel  surya  adalah alat  yang terdiri  dari sel  surya  yang mengubah  cahaya  menjadi  listrik.  Panel  surya  sering  kali disebut  sel  photovoltaic,  photovoltaic  dapat  diartikan sebagai  "cahaya-listrik".  Disebut  surya  atau  matahari  atau "sol" karena matahari merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Sel surya atau sel PV bergantung pada efek  photovoltaic  untuk  menyerap  energi  matahari  dan menyebabkan  arus  mengalir  antara  dua  lapisan  bermuatan yang berlawanan [8].

## E. Wireless Sensor Network (WSN)
WSN merupakan  kumpulan  dari  beberapa node  sensor yang dibangun di  atas  standar IEEE  802.15.4 dengan  daya konsumsi  rendah  (Abed  et  al.  2012).  Topologi Mesh  WSN dapat menghubungkan area tanaman hidroponik satu dengan lainnya dalam lingkup WSN . Untuk monitor dari luar WSN , digunakan  teknologi IoT yang  terhubung  ke  web  server sistem  informasi  hidroponik.  Xbee  merupakan  modul  RF nirkabel  dengan  stack  protokol Zigbee ,  protokol Zigbee dibangun  diatas  standar IEEE 802.15.4  yang  mempunyai karakteristik  biaya  rendah,  kecepatan  data  rendah  dan konsumsi  energi  yang  rendah.  Karakteristik  ini  yang menjadikan  modul  xbee  sebagai  salah  satu  komunikasi nirkabel  yang  digunakan  dalam WSN .  Dengan  topologi mesh,  modul  ini  mampu  membentuk  lebih    dari    64,000 node  sensor  yang  saling  terhubung  kedalam  jaringan  [9].

## III METODE PENELITIAN
Penelitian  dalam  monitoring  dan  pengisian  nutrisi  secara otomatis  menggunakan  perangkat  berbasis Wireless  Sensor Network  (WSN) dan Internet  of  Thing  (IoT) .  Parameter
Menentukan spesifikasi dan hardware software Mulai Integrasi dan hardware software Integrasi sistem Pengujian keseluruhan sistem Selesai ya tidak Perancangan software Pengujian /program software Sesuai ya tidak Perancangan hardware Sesuai Pengujian hardware Studi literatur
pengontrolan akan dikirimkan ke server melalui jaringan sensor nirkabel (WSN) dan akan disimpan ke dalam database secara realtime , WSN merupakan kumpulan dari beberapa node sensor yang  dibangun  di  atas  standar IEEE  802.15.4 dengan  daya konsumsi rendah. Topologi Mesh WSN dapat menghubungkan area  tanaman  hidroponik  satu  dengan  lainnya  dalam  lingkup WSN . Untuk monitor dari luar WSN , bisa digunakan teknologi IoT yang terhubung ke web server sistem informasi hidroponik. Satu node  sensor akan  terintegrasi  dengan  Mikrokontroler, Sensor ( TDS , pH air, suhu, kelembaban), Relay, Solar panel dan Modul transmisi nirkabel untuk pengiriman data. Diagram alir yang digunakan dalam penelitian ini  meliputi beberapa  tahap seperti pada Gambar 2.
Gambar 2. Diagram Alir Tahapan Pelaksanaan Program
Pada tahap ini peneliti mencari referensi sebanyak mungkin yang  masih  relevan  dengan  penelitian  yang  akan  dilakukan, beberapa rujukan antara lain: paper, jurnal, buku dan prosiding. Rujukan  ini digunakan untuk mencari perkembangan teknologi yang lebih maju dan berkembang  untuk dikaji lebih dalam lagi. Pada  perancangan hardware, komponen  dirancang  menjadi perangkat sesuai dengan rancangan pada penelitian, sedangkan perancangan  software  untuk  menunjang  sistem  perancangan (bahasa  pemrograman)    pada  hardware  dan  sistem  database yang  digunakan.  Tahap  terakhir  yaitu  pengujian    ke  dalam sistem  yang  telah  dibuat  yang  meliputi  sistem hardware (jaringan WSN ,  Perangkat  akses )  dan  sistem software ( pemrograman, database , informasi).
Dalam  perancangan  sistem  monitoring  berbasis WSN , digunakan  tiga  modul  nirkabel  ( Xbee  Pro  S2B ).  Satu  modul digunakan sebagai Coordinator atau server untuk mengumpulkan  data,  sedang  dua  modul  lainnya  digunakan sebagai router dan end device. Modul ini akan diintegrasikan dengan  mikrokontroler  dan  sensor.  Router  di  sini  digunakan untuk  melewatkan  data  dari  End  Device  ke  Coordinator  jika
jarak  satu  Hop  melebihi  batas  cakupan  area  sedangkan  End Device  hanya  berfungsi  untuk  mengirimkan  data  ke Coordinator  atau  router  saja.  Gambar  3  merupakan  alur  dari WSN yang digunakan untuk monitoring hidroponik.

## Gambar 3. Sistem alur perancangan WSN

## IV HASIL DAN PEMBAHASAN
A.  Hasil dan Pembahasan Perancangan Perangkat Keras
Gambar 4. Pengujian Sensor (TDS meter) yang dimonitor melalui smartphone.
Gambar 5. Monitoring melalui Smartphone
Gambar 4 dan 5 menunjukkan bahwa pengujian sensor tds dengan  beberapa  level  bekerja  dengan  akurat  dan  dapat dimonitoring melalui smartphone. Pada pengujian ini kita juga melakukan  pengujian  melalui  bluethoot  yang  langsung terkoneksi  ke  smartphone,  bluethoot  hanya  bisa  terkoneksi dengan jarak yang tidak terlalu jauh dan point to point.
Gambar 6. Pengujian dengan menggunakan tanaman (Sayur) serta otomatisasi nutrisi dengan sumber energi dari panel
surya.
Gambar 7. Tampak samping otomatisasi hidroponik.
Gambar 8. Modul Transmisi Xbee dan Kontroler (Mikrokontroler).
Pada gambar 8 modul xbee bisa disetting sebagai end device atau router dan digunakan untuk mengirimkan data dari sensor yang  digunakan  untuk  monitoring  tanaman  hidroponik  ke Coordinator Xbee yang terhubung ke server.
Gambar 9. Tanaman Hidroponik dengan kontrol otomatis menggunakan sumber energi matahari (panel surya).
Gambar  9  menunjukkan  tanaman  hidroponik  beserta kontrol  otomatis  dan  papan  panel  surya  yang  terhubung  ke perangkat untuk menggerakkan aktuator pada sistem.
B.  Hasil dan Pembahasan Perancangan Perangkat Lunak
Gambar 10. Pemrograman Python
Program  python  pada  Gambar  10,  digunakan  untuk mengambil  data  sensor  hidroponik  dari  Xbee  End device/Router ke Coordinator (database server).
Gambar  11  merupakan  sebagian  kode  yang  digunakan untuk  perancangan  sistem  hidroponik  melalui  WSN.  Kode program  tersebut  diupload  ke  dalam  board  arduino  uno,  di dalam end device sistem monitoring ini, satu sistem end device terdiri dari satu  mikrokontroler boar arduino uno, shield  xbee ProS2B,  xbee ProS2B, Power  Suplay  yang  berasal  dari  panel surya serta beberapa sensor yang digunakan untuk monitoring.
Gambar 11. Kode Program di Arduino.

## V K ESIMPULAN
Masalah yang sering dihadapi dalam melakukan penanganan  nutrisi  hidroponik  yaitu  membutuhkan  waktu bolak-balik  yang  lumayan  lama  karena  di  lakukan  secara manual  dan  selalu  datang  ke  tempat  tanaman  berada  untuk memonitoring tanaman,  dengan adanya perancangan pengisian nutrisi otomatis dan monitoring tanaman dari jarak jauh melalui WSN  serta  menggunakan  panel  surya  sebagai  sumber  daya, diharapkan  petani  hidroponik  bisa  lebih  mudah  serta  efektif dalam merawat tanamannya. Sistem ini mampu mengisi nutrisi secara  otomatis  jika  kadar  nutrisi  pada  tanaman  kurang  dari standar  yang  ditentukan  serta  dapat  memonitoring  suhu tanaman melalui smartphone yang terhubung ke server.

## REFERENSI
[1] B. Ajar and M. Kuliah, “SISTEM HIDROPONIK,” 2013.
[2] W.  A.  Prayitno,  A.  Muttaqin,  and  D.  Syauqy,  “Sistem Monitoring Suhu , Kelembaban , dan Pengendali Penyiraman Tanaman  Hidroponik  menggunakan  Blynk  Android,”  vol.  1, no. 4, pp. 292–297, 2017.
[3] A. F. S. Rahman and M. W. Kasrani, “MONITORING DAN PENGATURAN PERALATAN LISTRIK PADA BANGUNAN BERKACA DENGAN KONSEP WIRELESS,” pp. 1–6, 2017.
[4] D.  Markovi  and  R.  Koprivica,  “Application  of  IoT  in monitoring and controlling agricultural production,” vol. XX, no. October, pp. 145–153, 2015.
[5] C. Paper, “Internet of Things Application to Monitoring Plant
Disease and Insect Pests,” no. January 2015, 2016. [6] Roidah,Ida Syamsu, “Pemanfaatan Lahan dengan Menggunakan Sistem Hidroponik,” 2014. [7] A. A. Galadima, “Arduino as a learning tool,” 2014.
[8] M.Rif, S.HP, M. Shidiq Et al, “Optimasi Pemanfaatan Energi Listrik  Tenaga  Matahari  di  Jurusan  Teknik  Elektro Universitasn,” vol.6, no.1, pp.44-48, 2012.
[9] Z. A. C. Study and M. D. D. Vishwakarma, “IEEE 802.15.4 and ZigBee: A Conceptual Study,” vol. 1, no. 7, pp. 477–480, 2012.