## P-ISSN 2407-0475 E-ISSN 2338-8439

## Vol. 7, No. 1, April 2019
Jurnal  Keteknikan  Pertanian  (JTEP)  terakreditasi  berdasarkan  SK  Dirjen  Penguatan  Riset  dan Pengembangan  Kementerian  Ristek  Dikti  Nomor  I/E/KPT/2015  tanggal  21  September  2015.  Selain  itu, JTEP  juga  telah  terdaftar  pada  Crossref  dan  telah  memiliki  Digital  Object  Identifier  (DOI)  dan  telah terindeks  pada  ISJD,  IPI,  Google  Scholar  dan  DOAJ.  JTEP  terbit  tiga  kali  setahun  yaitu  bulan  April, Agustus  dan  Desember,  berisi  15  naskah  untuk  setiap  nomornya  baik  dalam  edisi  cetak  maupun  edisi online. Mulai edisi ini ada perubahan dan penambahan anggota Dewan Redaksi jurnal berdasarkan SK Nomor  01/  KEP/KP/I/2019  yang  dimaksudkan  untuk  meningkatkan  pelayanan  dan  pengelolaan  naskah sehingga  penerbitannya  tepat  waktu.  Jurnal  berkala  ilmiah  ini  berkiprah  dalam  pengembangan  ilmu keteknikan  untuk  pertanian  tropika  dan lingkungan  hayati.  Penulis  makalah  tidak dibatasi  pada anggota PERTETA tetapi  terbuka  bagi  masyarakat  umum.  Lingkup  makalah,  antara  lain  meliputi  teknik sumberdaya  lahan  dan  air,  alat  dan  mesin  budidaya  pertanian,  lingkungan  dan  bangunan  pertanian, energi  alternatif  dan  elektrifikasi,  ergonomika  dan  elektronika  pertanian,  teknik  pengolahan  pangan  dan hasil  pertanian,  manajemen  dan  sistem  informasi  pertanian.  Makalah  dikelompokkan  dalam invited paper yang  menyajikan  isu  aktual  nasional  dan  internasional, review perkembangan  penelitian,  atau penerapan  ilmu  dan  teknologi, technical  paper hasil  penelitian,  penerapan,  atau  diseminasi,  serta research  methodology berkaitan pengembangan  modul,  metode,  prosedur,  program  aplikasi,  dan lain sebagainya.  Penulisan naskah  harus  mengikuti  panduan  penulisan  seperti  tercantum  pada  website dan naskah dikirim secara elektronik ( online submission ) melalui http://journal.ipb.ac.id/index.php/jtep.

## Penanggungjawab:
Ketua Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian,IPB Ketua Perhimpunan Teknik Pertanian Indonesia
Dewan Redaksi: Ketua : Yohanes Aris Purwanto (Scopus ID: 6506369700, IPB University) Anggota : Abdul Hamid Adom (Scopus ID: 6506600412, University Malaysia Perlis) ( editorial board ) Addy Wahyudie (Scopus ID: 35306119500, United Arab Emirates University) Budi Indra Setiawan (Scopus ID: 55574122266, IPB University)
Balasuriya M.S. Jinendra (Scopus ID: 30467710700, University of Ruhuna)
Bambang Purwantana (Scopus ID: 6506901423, Universitas Gadjah Mada)
Bambang Susilo (Scopus ID: 54418036400, Universitas Brawijaya)
Daniel Saputera (Scopus ID: 6507392012, Universitas Sriwjaya)
Han Shuqing (Scopus ID: 55039915600, China Agricultural University)
Hiroshi Shimizu (Scopus ID: 7404366016, Kyoto University)
I Made Anom Sutrisna Wijaya (Scopus ID: 56530783200, Universitas Udayana) Agus Arif Munawar (Scopus ID: 56515099300, Universitas Syahkuala) Armansyah H. Tambunan (Scopus ID: 57196349366, IPB University) Kudang Boro Seminar (Scopus ID: 54897890200, IPB University) M. Rahman (Scopus ID: 7404134933, Bangladesh Agricultural University)
Machmud Achmad (Scopus ID: 57191342583, Universitas Hasanuddin) Muhammad Makky (Scopus ID: 55630259900, Universitas Andalas)
Muhammad Yulianto (Scopus ID: 54407688300, IPB University & Waseda University) Nanik Purwanti ((Scopus ID: 23101232200, IPB University & Teagasc Food Research Center Irlandia)
Pastor P. Garcia (Scopus ID: 57188872339, Visayas State University)
Rosnah Shamsudin (Scopus ID: 6507783529, Universitas Putra Malaysia)
Salengke (Scopus ID: 6507093353, Universitas Hasanuddin) Sate Sampattagul (Scopus ID: 7801640861, Chiang Mai University) Subramaniam Sathivel (Scopus ID: 6602242315, Louisiana State University) Shinichiro Kuroki (Scopus ID: 57052393500, Kobe University) Siswoyo Soekarno (Scopus ID: 57200222075, Universitas Jember) Tetsuya Araki (Scopus ID: 55628028600, The University of Tokyo) Tusan Park (Scopus ID: 57202780408, Kyungpook National University)

## Redaksi Pelaksana:
Ketua : Usman Ahmad (Scopus ID: 55947981500, Institut Pertanian Bogor) Sekretaris : Lenny Saulia (Scopus ID: 16744818700, Institut Pertanian Bogor) Bendahara : Dyah Wulandani (Scopus ID: 1883926600, IPB University) Anggota : Satyanto Krido Saptomo (Scopus ID: 6507219391, IPB University) Slamet Widodo (Scopus ID: 22636442900, IPB University) Liyantono (Scopus ID: 54906200300, IPB University)
Leopold Oscar Nelwan (Scopus ID: 56088768900, IPB University)
I Wayan Astika (Scopus ID: 43461110500, Institut Pertanian Bogor) Agus Ghautsun Niam ( Scopus ID: 57205687481, IPB University) Administrasi
: Diana Nursolehat (Institut Pertanian Bogor)
Penerbit: Perhimpunan Teknik Pertanian Indonesia (PERTETA) bekerjasama
dengan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor.
Alamat: Jurnal Keteknikan Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem,
Fakultas Teknologi Pertanian, Kampus Institut Pertanian Bogor, Bogor 16680. Telp. 0251-8624 503, Fax 0251-8623 026, E-mail: jtep@ipb.ac.id atau jurnaltep@yahoo.com Website: web.ipb.ac.id/~jtep atau http://journal.ipb.ac.id/index.php/jtep
Rekening: BRI, KCP-IPB, No.0595-01-003461-50-9 a/n: Jurnal Keteknikan Pertanian
Percetakan: PT. Binakerta Makmur Saputra, Jakarta

## Ucapan Terima Kasih
Redaksi  Jurnal  Keteknikan  Pertanian  mengucapkan  terima  kasih  kepada  para  Mitra  Bebestari  yang  telah menelaan  (me- review )  Naskah  pada  penerbitan  Vol.  7  No.  1  April  2019.  Ucapan  terima  kasih  disampaikan kepada:  Prof.Dr.Ir.  Bambang  Purwantana,  M.Agr  (Departemen  Teknik  Pertanian  dan  Biosistem,  Fakultas Teknologi  Pertanian,  Universitas  Gadjah  Mada),  Prof.Dr.Ir.  Daniel  Saputra,  MS  (Fakultas  Pertanian, Universitas Sriwijaya), Prof.Dr.Ir. Slamet Budijanto, M.Agr (Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi  Pertanian,  Instiut  Pertanian  Bogor),  Dr.Ir.  Edward  Saleh,  MS  (Fakultas  Pertanian,  Universitas Sriwijaya), Dr. Bambang Haryanto , MS. (Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi), Dr.Ir. Hermantoro, MS. (INSTIPERYogyakarta),  Dr.Ir.  I  Wayan  Astika,  MS  (Departemen  Teknik  Mesin  dan  Biosistem,  Fakultas Teknologi  Pertanian,  Instiut Pertanian Bogor), Dr.Ir.  Lenny  Saulia, STP,  M.Si  (Departemen  Teknik  Mesin  dan Biosistem,  Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Instiut  Pertanian  Bogor),  Dr.Ir.  I  Wayan  Budiastra,  M.Agr (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Instiut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Gatot Pramuhadi,  M.Si  (Departemen  Teknik  Mesin  dan  Biosistem,  Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Instiut  Pertanian Bogor), Dr. Satyanto Krido Saptomo, STP, M.Si (Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian,  Instiut  Pertanian  Bogor),  Dr.Ir.  Yuli  Suharnoto,  M.Eng  (Departemen  Teknik  Sipil  dan  Lingkungan, Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Instiut  Pertanian  Bogor),  Dr.Ir.  Roh  Santoso  Budi  Waspodo,  MT  (Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Instiut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Arief Sabdoyuwono, M.Sc  (Departemen  Teknik  Sipil  dan  Lingkungan,  Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Instiut  Pertanian  Bogor),  Dr. Radi,  STP,  M.Eng.  (Departemen  Teknik  Pertanian  dan  Biosistem,  Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Universitas Gadjah  Mada),  Andri  Prima  Nugroho,  STP,  M.Sc,  Ph.D.  (Departemen  Teknik  Pertanian  dan  Biosistem, Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Universitas  Gadjah  Mada),  Dr.  Sri  Rahayoe,  STP,  MP.  (Departemen  Teknik Pertanian  dan  Biosistem,  Fakultas  Teknologi  Pertanian,  Universitas  Gadjah  Mada),  Diding  Suhandy,  STP, M.Agr,  Ph.D  (Jurusan  Teknik  Pertanian.  Universitas  Lampung),  Eni  Sumarni,  STP,  M.Si  (Fakultas  Pertanian, Universitas  Jenderal  Soedirman),  Dr.  Noor  Roufiq  Ahmadi,  STP,  MP  (Pusat  Penelitian  dan  Pengembangan Hortikultura),  Dr.  Kurniawan  Yuniarto,  STP,  MP  (Fakultas  Teknologi  Pangan  dan  Agroindustri  Universitas Mataram),  Dr.  Andasuryani, STP,  M.Si  (Fakultas  Teknologi  Pertanian, Universitas  Andalas),  Moh.  Agita Tjandra, M.Sc, Ph.D (Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Andalas).
Vol. 7 No. 1, p 83-90
P-ISSN 2407-0475 E-ISSN 2338-8439

## Technical Paper

## Rancang Bangun dan Pengujian Penetrometer Digital dengan Perekam Data Berbasis Android
Design and Performance Test of Digital Penetrometer with Android based Record System
Budi Priyonggo, Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Email: priyonggobudi@gmail.com I Dewa Made Subrata, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor.
Email: dewamadesubrata.ipb@gmail.com
Radite Praeko Agus Setiawan, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Email: iwan_radit@yahoo.com

## Abstract
Static penetrometer is designed to measure the force that required to push a conical probe of the soil deepness through a constant velocity. The output data are force per unit area without soil factor influenced, i.e. soil moisture content. Soil moisture content is an important factor that affects soil penetration resistance. The soil moisture content method that commonly uses a gravimetric method can takes a long time to obtain data of soil moisture conten. Therefore a penetrometer is needed which can measure the soil moisture content at once. The objective of study is to design and develop static penetrometer equipped with soil moisture sensor and android based data record system. Loadcell and HX711 used as force sensor, HC-SR04 and DHT11 used as depth sensor and a kit soil moisture module has been modified as soil moisture sensor. Calibration and validation result of the sensor shown that the correlation value of R 2 =0.9994 and R 2 =0.9995 (force sensor), R 2 =0.9999 and R 2 =0.9999 (depth sensor) and R 2 = 0.9098 and R 2 =0.9255 (soil moisture sensor). Penetrometer performance test in land result obtained the value of R 2 =0.9583 for cone index, R 2 =0.9994 for depth sensor dan R 2 =0.6673 moisture content sensor. Penetrometer pervormance test in rice field result obtained the value of R 2 =0.9583 for cone index, R 2 =0.9941 for depth sensor and R 2 =0.7201 moisture content sensor. The result of regression anlaysis for moisture content equation obtained value R 2 =0.7201 for testing on dry land and R 2 =0.9058 for testing in the paddy fields. The experimental result shown that the new develop penetrometer instrument can be used as an alternative instrument to measure soil pentration that eqquiped with soil moisture content data.
Keywords: digital penetrometer, loadcell, depth sensor, soil moisture sensor

## Abstrak
Penetrometer statis didesain untuk mengukur gaya yang dibutuhkan untuk menekan probe kerucut kedalaman tanah dengan kecepatan konstan. Output datanya adalah gaya persatuan luas tanpa faktor sifat tanah lain seperti kadar air. Kadar air tanah merupakan faktor penting yang memengaruhi tahanan penetrasi tanah. Metode pengukuran kadar air yang umum menggunakan metode gravimetri yang membutuhkan waktu cukup lama untuk mendapatkan data kadar air tanah. Maka dari itu dibutuhkan penetrometer yang dapat sekaligus mengukur kadar air dengan baik. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang, membangun dan menguji penetrometer digital dilengkapi pembacaan kadar air dengan perekam data berbasis android. Loadcell dan HX711 digunakan sebagai sensor gaya, HC-SR04 dan DHT11 digunakan sebagai sensor kedalaman dan kit sensor kadar air tanah termodifikasi digunakan sebagai sensor kadar air. Hasil kalibrasi dan validasi sensor didapatkan nilai R 2 =0.9994 dan R 2 =0.9995 untuk sensor gaya, R 2 =0.9999 dan R 2 =0.9999 untuk sensor kedalaman, R 2 =0.9098 dan R 2 =0.9255 untuk sensor kadar air tanah. Hasil pengujian kinerja di lahan kering secara terpadu di dapatkan nilai nilai R 2 =0.9583 untuk cone index , R 2 =0.9994 untuk sensor kedalaman dan R 2 =0.6673 untuk sensor kadar air. Hasil pengujian di lahan sawah didapatkan nilai R 2 =0.9583 untuk sensor gaya, R 2 =0.9941 untuk sensor kedalaman dan R 2 =0.7696 untuk sensor kadar air. Hasil analisis regresi pada proses kalibrasi ulang didapat persamaan penduga kadar air dengan nilai R 2 =0.7201 untuk pengujian di lahan kering dan R 2 =0.9058 untuk pengujian di lahan sawah. Berdasarkan data yang didapatkan maka penetrometer yang dirancang dapat digunakan sebagai alternatif instrumen ukur tahanan penetrasi yang dilengkapi dengan data kadar air.
Kata Kunci: penetrometer digital, loadcell , sensor kedalaman, sensor kadar air tanah
Diterima: 10 Oktober 2018: Disetujui: 10 Januari 2019
Priyonggo, et al.

## Latar Belakang
Tahanan penetrasi tanah merupakan salah satu sifat  tanah  yang  menggambarkan  kekuatan  tanah untuk  menahan  suatu  gaya  dari  luar.  Tahanan penetrasi ini dapat digunakan untuk menggambarkan gaya yang dibutuhkan untuk menembus suatu luasan tanah tertentu. Tahanan penetrasi tanah dipengaruhi oleh  sifat  fisik  dan  mekanik  tanah  lainnya  seperti kadar air, tekstur tanah dan dry bulk density (Kumar 2012).  Tahanan  pentrasi  tanah  juga  berdampak kepada  aktivitas  akar  tanaman  untuk  menembus tanah.  Instrumen  standar  yang  digunakan  untuk mengukur  tahanan  penetrasi  tanah  adalah cone penetrometer (ASABE 2006). Data yang didapat dari pengukuran menggunakan cone penetrometer adalah perbandingan gaya tekanan tanah per satuan luas tertentu. Cone index (CI) merupakan besaran yang menunjukkan nilai tahanan penetrasi tanah terhadap gaya penetrasi dari cone (vertikal) dibagi luas dasar cone . Cone  index dinyatakan  dalam  satuan  gaya persatuan luas (kg/cm 2 ).
Penetrometer dapat berupa penetrometer mekanik, penetrometer analog dan penetrometer digital. Setiap penetrometer memiliki kelebihan dan  kekurangan masing-masing.  Pada  umumnya   penetrometer analog dan mekanis adalah penetrometer  yang biasa digunakan. Kendala yang terjadi  saat penggunaan penetrometer tipe analog dan  mekanis  adalah kesalahan  pengukuran  saat  pembacaan   gaya penekanan pada kedalaman tertentu  dan dibutuhkan tiga orang saat pengoperasian (terdiri dari: penekan penetrometer, pembaca gaya tekan  penetrometer pada kedalaman tertentu dan pencatat hasil bacaan).
Muzani (2012) merancang sebuah penetrometer digital berbasis mikrokontroler ATmega 8535, keluaran yang didapat dari alat tersebut adalah gaya penetrasi persatuan luas pada kedalaman tertentu  dan suhu lingkungan.   Rancangan   Muzani  belum  mampu menampilkan kadar air tanah pada  kedalaman tertentu. Kadar air tanah merupakan  faktor penting yang memengaruhi CI tanah (Franzen et  al 1994). Tanah yang lebih kering memiliki CI yang lebih tinggi (Tekeste et al 2008). Busscher et al (1997) menemukan hubungan linear terbalik antara CI dan kadar air tanah. Pengukuran kadar air tanah secara umum dilakukan dengan metode oven dan membutuhkan waktu lama untuk  mendapatkan  data  kadar  air.  Sir  dan  Bolla (2012) menemukan pengaruh kadar air terhadap nilai resistansi yang dihasilkan oleh gypsum block bahwa semakin tinggi kadar air tanah maka semakin kecil nilai resistansi yang dihasilkan, demikian juga  sebaliknya. Sudana (2010) merancang alat ukur kadar air dalam tanah ( soil tester ) berbasis mikrokontroler AT89C51. Dari uraian di atas maka diperlukan alat ukur yang dapat  mengukur  sekaligus  nilai  tahanan  penetrasi tanah dan kadar air tanah. Penelitian ini bertujuan untuk  merancang  dan  menguji  alat  ukur  tahanan penetrasi tanah yang dilengkapi dengan pembacaan kadar  air pada  kedalaman  tertentu. Adapun  ruang
lingkup penelitian ini adalah 1) alat yang dirancang yaitu penetrometer digital yang menghasilkan data berupa gaya persatuan luas penetrasi tanah dalam satuan kg, kedalaman penetrasi dalam satuan cm, dan  kadar  air  tanah  dalam  satuan  persen  (%),  2) pengujian dilakukan di laboratorium dengan perlakuan kepadatan  dan  kadar  air  serta  dilakukan  di  lahan sawah dan lahan kering tanpa pengkondisian lahan sebelumnya,  dan  3)  pengambilan  data  difokuskan pada uji fungsional dan uji kinerja alat pada kondisi tersebut.

## Bahan dan Metode
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu stainless steel silinder pejal, stainless steel plat , box plastik, arduino uno, sensor ultrasonik HC-SR04, HX711, loadcell tipe S, kit soil moisture sensor , kabel jumper, resistor, modul bluetooth HS-05, bahan-bahan soldering, LCD 1602, i2c Serial interface backpack , Lem plastic steel bening, beban, aquades, sampel tanah yang di ambil dari laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo kemudian dikering anginkan selama 1-2 hari sampai cukup kering dan diayak dengan ukuran 1.5 mm, dan bahan pendukung lain. Peralatan yang digunakan pada penelitain ini yaitu perangkat lunak SolidWork, perangkat lunak Microsoft Excel, perangkat lunak  arduino  1.6.6,  peralatan  bengkel  dan  bubut, peralatan soldering, penetrometer analog, peralatan pengukur kadar air, meteran, perangkat komputer, dan peralatan pendukung lainnya.

## Tahapan penelitian
Identifikasi  Masalah ,  mengidentifikasi  kondisi lapangan dan pencarian data lapangan terkait dengan beberapa data yang akan digunakan dalam proses perancangan  penetrometer  digital.  Pada  tahap  ini dilakukan  pengumpulan  data-data  dengan  cara studi literatur. Informasi tentang perkembangan dan kendala-kendala penetrometer dan alat ukur kadar air yang didapatkan meliputi: (1) penetrometer yang banyak  digunakan  adalah  tipe  analog  dan  digital yang belum dilengkapi data kadar air, (2) pengukur gaya  pentrasi  dengan  tranduser  tipe  ring  memiliki kelemahan pada sudut penekanan diharuskan tegak lurus terhadap tanah dan dibutuhkan water pass , (3) pembacaan kedalaman masih dilakukan manual yaitu menggunakan ukuran seperti mistar yang dipasang pada bagian batang penekan, (4) pengoprasian alat minimal dibutuhkan 3 orang yang terdiri dari: penekan penetrometer,  pembaca  gaya  tekan  penetrometer pada kedalaman tertentu dan pencatat hasil bacaan, (5) pengukuran kadar air dilakukan secara terpisah di laboratorium dan membutuhkan waktu minimal 1 hari, dan (6) pengukuran kadar air langsung masih terbatas  pada  kedalaman  pembacaan  yang hanya pada kadar air permukaan tanah saja. Solusi yang digunakan untuk mengatasi kendala tersebut, yaitu: (1) penggunaan loadcell tipe S sebagai sensor gaya
    n x x i  2 i  1 n  n  1   H  x H  1      
tekan,  (2)  penggunaan  sensor  ultrasonik  sebagai sensor  pengukur    kedalaman,    (3)    penggunaan soil  moisture  sensor termodifikasi  sebagai  sensor pengukur kadar air, (4) penggunaan arduino sebagai mikrokotroler yang dapat digunakan sebagai pengolah data  hasil  pengukuran,  (5)  penggunaan  android sebagai peraga digital dan (6) modifikasi pada bagian cone untuk peletakan sensor kadar air.
Perumusan konsep desain , pembuatan konsep desain yang dilakukan untuk menyelesaikan masalah  yang  didapatkan  pada  tahap  identifikasi. Dari  permasalahan  tersebut  dirumuskan  ke  dalam sebuah konsep desain alat ukur penetrometer digital dengan perekam data melalui android yang disertai pengukuran kadar air tanahnya. Konsep rancangan dari  alat  yang  didesain  memiliki  beberapa  fungsi utama yaitu: mampu mengukur gaya penetrasi tanah, mampu  mengukur  kedalaman  penetrasi,  mampu mengukur kadar air tanah, dan dapat menampilkan hasil pengukuran gaya penetrasi, kedalaman serta kadar air melalui android.
Analisis  teknik ,  melakukan  analisis  dan perhitungan  rancangan  untuk  menentukan  secara akurat dari bentuk, ukuran, dan bahan penetrometer digital yang didesain. Analisis teknik juga dilakukan untuk  menentukan  mekanisme  rancangan  yang sesuai dengan kriteria desain. Analisis teknik terdiri dari  analisis  dimensi  dan  analisis  metode/prinsip pengukuran (gaya penetrasi, kedalaman dan kadar air). Analisis dimensi terdiri dari dimensi cone , dimensi
Pengujian fungsional dan kalibrasi , Beberapa parameter yang digunakan pada pengujian fungsional ini, yaitu: pengujian sensor kadar air, pengujian sensor gaya,  pengujian  sensor  kedalaman  dan  gabungan dari  parameter  tersebut.  Metode  yang  dilakukan untuk uji fungsional adalah dengan menguji fungsi- fungsi komponen penyusun penetrometer. Kalibrasi pengukur kadar air, metode yang dilakukan adalah dengan  membandingkan  hasil  pengukuran  kadar air dari penetrometer digital yang dirancang dengan pengukuran  kadar  air  standar  JIS  A  1203 – 1978. Kalibrasi  pengukur  gaya  penetrasi,  metode  yang digunakan  adalah  dengan  membandingkan  hasil pengukuran  dengan  pembebanan  menggunakan beban  yang  diketahui  nilainya.  Kalibrasi  pengukur kedalaman, metode yang digunakan adalah dengan membandingkan hasil pengukuran dari alat ukur hasil rancangan dengan alat ukur panjang yang terstandar yaitu penggaris.
Pengujian  kinerja, dilakukan  di  lahan  kering dan  di  lahan  basah  langsung  menguji  tanpa  ada perlakuan pada lahan, sampel diambil secara acak. Pengukuran  menggunakan  penetrometer  yang dirancang dibandingkan dengan penetrometer analog dan untuk pengukuran kadar air dibandingkan dengan pengukuran gravimetri.
Analisis  data berupa  regresi  linear,  ketelitian (persamaan 5, 6, dan 7) dan ketepatan (persamaan 8). Data yang dianalsis adalah data hasil pengujian fungsional dan pengujian kinerja.
handle dan dimensi batang penekan. Persamaan (1) digunakan untuk perhitungan cone , persamaan (2) dan  (4)  digunakan  untuk  perhitungan handle ,  dan persamaan (3) dan (4) digunakan untuk perhitungan batang penekan.
Ketelitian         x   Δx   100% x    (5) (6)
A  π  r  s (1) 1
σ a  F  l  c (2) I π 2  σ  I x  x i n i  1    (7)
F  (3) l 2 Ketepatan   1      100%   (8) I  0.25 πr 4
dimana : A : Luas penampang cone , cm 2 F : Gaya Tekan, N R : Jari-jari cone, cm L : Panjang batang, m S : Panjang selimut cone, cm C : Setengah diameter, m σ a : Modulus elastis, N/m 2 I : Inersia bahan, m 4
(4) dimana: Δx : Standar deviasi
H : Nilai sebenarnya
x : Rata-Rata

## Hasil dan Pembahasan

## Rancangan Fungsional
Rancangan  fungsional  dibangun  untuk  memenuhi konsep  rancangan  disesuaikan  dengan  bagan  alir yang tersaji pada Gambar 1. Penjelasan mengenai fungsi-fungsi yang dirancang terdiri dari: (1) Fungsi
Gambar  teknik  dan  pembuatan  protipe , menggambar hasil rancangan dan analisis menggunakan perangkat lunak SolidWork. Pembuatan prototipe didasarkan pada hasil gambar teknik yang sudah dibuat beserta rancangan yang sudah didesain sebelumnya.
pengukuran gaya penetrasi, berfungsi untuk mengukur gaya  penetrasi  yang  dihasilkan  pada  kedalaman tertentu, (2) Fungsi pengukuran kedalaman, berfungsi untuk mengukur kedalaman penetrasi yang terbentuk, (3)  Fungsi  pengukur  kadar  air,  berfungsi  untuk mengukur  kadar  air  tanah  pada  kedalaman  dan
Priyonggo, et al.
tahanan  penetrasi  tertentu,  (4)  Fungsi  pengubah sinyal  keluaran,  berfungsi  untuk  mengubah  sinyal keluaran dari komponen gaya penetrasi, kedalaman dan kadar air menjadi sinyal yang dapat diterjemahkan perangkat  yang  digunakan.  (5)  Fungsi  pemroses hasil  pengukuran,  berfungsi  untuk  memproses hasil pengukuran yang telah diubah kedalam sinyal tertentu  menjadi  satuan  keluaran  yang  diinginkan yaitu  gaya  penetrasi  dalam  kg,  kedalaman  dalam cm,  dan  kadar  air  dalam  %.  (6)  Fungsi  pemancar dan penerima data, berfungsi untuk mengirim data hasil pengolahan ke penyimpanan dan peraga, dan (7) Fungsi penyimpanan dan peraga, berfungsi untuk menyimpan dan menampilkan hasil pengukuran.

## Rancangan Struktural
Rancangan  struktural  yang  dibangun  dibagi kedalam  struktur  mekanik  dan  struktur  elektrik. Struktur mekanik yang diadopsi dari penetrometer tipe SR-2 yang dimodifikasi pada bagian pembaca gaya penetrasinya dan bagian cone nya. Adapun struktur mekaniknya ialah handle , batang penekan dan cone (Gambar  2).  Penetrometer  yang  dirancang  dapat menopang beban sebesar 150 kg (1471.5 N). Handle ,
Gambar 1. Bagan alir rancangan fungsional
bagian yang bersentuhan langsung dengan pengguna dalam pengoprasian alat (berupa penekanan). Bagian ini dirancang menggunakan bahan stainless steel terdiri dari dua buah silinder pejal (kanan dan kiri). Dimensi yang dirancang mampu memenuhi beban maksimun yaitu 4.49x10 5 N, adapun dimensi dari handle yaitu berdiameter 19x10 -3 m, panjang 0.6 m dan modulus elastis bahan 2.00x10 11 N/m 2 . Batang penekan, bagian yang berperan untuk mentransmisikan gaya tekan dari handle menuju cone . Bagian ini memiliki diameter 14 mm dan panjang total 61 cm, yang terbagi kedalam 30 cm, 30 cm dan 1 cm yang terhubung dengan cone . Bagian  ini  dirancang  menggunakan stainless  steel (modulus  elastis bahan  2.00x10 11 N/m 2 )  agar  tidak mudah  karat  karena  bagian  ini  yang  bersentuhan langsung  dengan  tanah.  Dimensi  yang  dirancang mampu menahan beban maksmum yaitu 10339.7 N. Cone ,  bagian  yang langsung  bersentuhan  dengan tanah. Bagian ini dirancang menggunakan stainless steel dengan diameter 19 mm dan luas permukaan 567 mm 2 .

## Rancangan Komponen Elektrik
Komponen elektronik (Gambar 3) yang dirancang terdiri dari sensor gaya, sensor kedalaman, sensor kadar  air,  dan  rangkaian  bluetooth.  Sensor  gaya menggunakan loadcell tipe  S  dan  modul  HX711. Prinsip kerja loadcell yaitu mengubah gaya tekan atau tarik menjadi deformasi kemudian menjadi besaran listrik.  Prinsip  kerja  HX711  yaitu  mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Gambar 4a menunjukan bagan alir penyusun sensor gaya. Program dibuat di arduino uno dengan output berupa berat dalam satuan kg. Sensor gaya yang dirancang mampu membaca maksimal 200 kg dengan beban minimal terbaca 0.06 kg dan accuracy class C3 OIML Certificate of conformity for  load  cells .  Sensor  kedalaman  menggunakan sensor  ultrasonik  HC-SR04  dan  dilengkapi  DHT11 sebagai sensor kelembaban dan suhu. Prinsip kerja HC-SR04  dengan  cara  memancarkan  gelombang
2 7 1 4 3 6 5 DETAIL A SCALE 2 : 5 (a) (b)
Gambar 2. Skema penetrometer digital (a) dan penetrometer digital (b)
1 2 3 4 5 6 7
B
ultrasonik  kemudian  menangkap  kembali  gelombang pantulannya. Jarak antara waktu pancar dan waktu terima adalah representasi dari jarak objek. DHT11 berfungsi  untuk  mengukur  suhu  dan  kelembaban lingkungan  yang  digunakan  sebagai  parameter  untuk menentukan kecepatan gelombang ultrasonik yang digunakan. Program dibuat di arduino uno dengan output  pengukur  kedalaman  dalam  satuan  cm. Bagan  alir  penyusun  sensor  kedalaman  disajikan pada Gambar 4b. Sensor kedalaman yang dirancang mampu  mengukur  kedalaman  pada  interval  0  s.d 60  cm  dengan  resolusi  0.3  cm.  Sensor  kadar  air menggunakan  modul soil  moisture  sensor dengan memodifikasi bagian probe yang dipasang pada bagian atas cone . Sensor kadar air yang dirancang terdiri dari dua plat stainless steel (dimensi 25 mm, 8 mm, 1 mm) yang diletakkan bagian cone seperti pada Gambar 5a pada bagian A dan B. Plat tersebut berfungsi untuk melewatkan arus yang terdapat tanah dintara kedua plat tersebut, kemudian membaca resistansinya untuk mendapatkan nilai tingkat kadar air tanah. Semakin banyak air dalam tanah menyebabkan tanah mudah menghantarkan listrik (resistansi kecil), sedangkan tanah  yang lebih  kering  akan  sulit  menghantarkan listrik (resistansi  besar). Probe yang  berupa 2  plat tipis di hubungkan ke modul pada bagian pin input kemudian  modul  sensor  dihubungkan  ke  arduino. Program dibuat di arduino uno dengan output keluaran berupa kadar air tanah dalam satuan % Bk. Sensor kadar air yang dirancang minimum mampu membaca kadar  air  sebesar  12.3%  Bk.  Bagan  alir  penyusun sensor kadar air tersaji pada Gambar 4c. Rangkaian bluetooth, modul bluetooth HC05 digunakan sebagai pemancar data secara nirkabel ke android. Software Penetrometer Digital di Android, aplikasi android yang digunakan sebagai penampil dan perekam data dibuat di  http://appinventor.mit.edu.  Aplikasi  yang  dirancang mampu menampilkan data dan menyimpan data di android.  Gambar  5b  menyajikan  program  yang  di rancang. Aplikasi memiliki fungsi menampilkan dan menyimpan  data,  prinsip  kerjanya  adalah  ketika bluetooth tehubung dan terdapat data di transfer maka data akan disimpan di “data.txt” dan di tampilkan pada label hasil.
Gambar 3. Skema rangkaian elektronik

## Kalibrasi Sensor
Kalibrasi  sensor  gaya,  Gambar  6a  menunjukan hubungan antara hasil bacaan sensor dengan beban yang nilainya diketahui, berdasarkan data tersebut didapat persamaan Y =1.0238 x─ 0.1729 dengan nilai R 2 =0.9994 yang kemudian digunakan sebagai fungsi sensor gaya. Gambar 6b menunjukan hasil validasi sensor terkalibrasi dengan beban standar, berdasarkan data tersaji didapat nilai R 2 =0.9995 yang menunjukan sensor bekerja dengan baik. Nilai ketelitian dari sensor terkalibrasi didapatkan sebesar 99.51% dan ketepatan sebesar  98.89%  yang  menunjukan  sensor  gaya bekerja  dengan  baik.  Kalibrasi  sensor  kedalaman menggunakan  sensor  ultrasonik  HCSR04  dengan penambahan DHT11 agar didapatkan data kedalaman yang lebih akurat.
Kedalaman diukur dari ujung cone ke permukaan tanah,  dengan  cara  membaca  jarak  antara  sensor dan  permukaan  tanah  yang  kemudian  dikonversi menjadi  kedalam.  Kalibrasi  yang  dilakukan  adalah membandingkan  jarak  aktual  dengan  jarak  hasil pengukuran sensor yang didapatkan (Gambar 7a). Berdasarkan hasil kalibrasi didapatkan persamaan Y =1.0238 x─ 0.1729 yang digunakan sebagai fungsi sensor  kedalaman  dengan  cara  mengkonversinya menjadi  kedalaman  memiliki  R 2 mencapai  0.9999. Gambar 7b menyajikan hasil validasi sensor kedalaman terkalibrasi, berdasarkan grafik tersebut didapatkan
(a) (b) (c)
Gambar 4. Bagan alir penyusun sensor gaya (a), sensor kedalaman (b), dan sensor kadar air (c) (a) (b)
Gambar 5. (a) Peletakan probe sensor kadar air dan (b) Tampilan program di android
(a) (b)
Gambar 6. Kalibrasi sensor gaya (a) dan validasi sensor gaya (b).
(a) (b)
Gambar 7. Kalibrasi sensor kedalaman (a) dan validasi sensor kedalaman (b)
(a)
(b)
Gambar 8. Kalibrasi sensor kadar air (a) dan Validasi sensor kadar air (b)
R 2 =0.9999 ini menunjukan sensor kedalaman bekerja dengan baik dan dapat digunakan untuk mengukur kedalaman. Selain itu nilai ketelitian dan ketepatan didapatkan nilai rataannya secara berturut 99.23% dan 99.26%.
Kalibrasi sensor kadar air, kalibrasi yang dilakukan berupa  memodifikasi  kondisi  tanah  yang  sudah dilakukan  penyeragaman.  Gambar  8a  menyajikan hubungan  antara output sensor  kadar  air  dengan kadar air aktual yang menunjukan adanya suatu pola dan membentuk persamaan Y = − 1.05x10 -6 x 3 +2.39x10 - 3 x 2 -1.83 x +508.94  dengan  nilai  R 2 =0.9098  yang digunakan sebagai fungsi sensor kadar air. Gambar
8b menyajikan grafik validasi kadar air pengukuran dengan kadar air aktual, berdasarkan data tersebut didapatkan nilai R 2 =0.9255 sehingga dapat dinyatakan sensor kadar air berfungsi dengan baik.

## Uji Kinerja Penetrometer Digital
Gambar  9  menyajikan  hasil  pengujian  di  lahan kering  untuk  penetrometer  digital  dibandingkan dengan  penetrometer  standar,  didapatkan  nilai R 2 =0.9583 untuk sensor gaya dan R 2 =0.9994 untuk sensor kedalaman. Berdasarkan data tersebut dapat diketahui bahwa sensor gaya dan sensor kedalaman bekerja dengan baik pada pengujian di lahan kering.
(a) (b) (C)
Gambar 9. Pengujian kinerja di lahan kering (a) sensor gaya (b) sensor jarak dan (c) sensor kadar air.
(a) (b) (C)
Gambar 10. Pengujian kinerja di lahan sawah (a) sensor gaya, (b) sensor jarak, dan (c) sensor kadar air.
(a)
(b)
Gambar 11. Kadar air dugaan (a) di lahan kering dan (b) di lahan sawah.
Gambar 9c menyajikan kadar air pengukuran dengan kadar  air  aktual  dengan  nilai  R 2 =0.6673,  nilai  ini menunjukan sensor kadar air belum bekerja dengan baik. Gambar 10 menyajikan hasil pengujian di lahan sawah  untuk  penetrometer  digital  dibandingkan dengan  penetrometer  standar,  didapatkan  nilai R 2 =0.9583 untuk sensor gaya dan R 2 =0.9941 untuk sensor kedalaman. Berdasarkan data tersebut dapat diketahui bahwa sensor gaya dan sensor kedalaman bekerja dengan baik pada pengujian di lahan sawah. Gambar 10c menyajikan kadar air pengukuran dengan kadar air aktual pada pengujian di lahan sawah dengan nilai R 2 =0.7696.

## Analisis Regresi untuk Sensor Kadar Air
Setelah dilakukan pengujian kinerja di lahan kering dan  lahan  sawah  ternyata  didapatkan  nilai  untuk sensor  kadar  air  masih  kurang  baik,  maka  dari itu dilakukan analisis regresi linear untuk meningkatkan nilai R 2 agar nilai kadar air bacaan dapat mendekati dengan nilai kadar air aktual. Analisis regresi linear dilakukan pada pengujian di lahan kering dan di lahan sawah. Analisis regresi linear di lahan kering dilakukan dengan  membentuk  beberapa  persamaan,  yaitu: Y 2 = f (X 1 , X 2 , X 3 ), Y 3 = f (X 1 , X 2 , X 4 ), Y 4 = f (X 1 , X 2 ), Y 5 = f (X 1 , X 3 ), Y 6 =(X 1 , X 4 ), dimana X 1 = kadar air pengukuran, X 2 = cone index pengukuran, X 3 = Dry bulk density , dan  X 4 = Wet  bulk  density. Kemudian  dilakukan analisis menggunakan software Microsoft Excel dan dipilih  fungsi Y 2 =17.727+(0.755x X 1 )+(0.072x X 2 ) − (12.998x X 3 )  sebagai fungsi  penduga  untuk  pengujian kadar air di lahan kering dengan R 2 = 0.7201. Gambar 11a menyajikan kadar air dugaan dengan kadar air aktual pada pengujian di lahan kering. Analisis regresi linear di lahan sawah dengan membentuk beberapa persamaan, yaitu: Y 7 = f (X 1 , X 2 , X 3 ), Y 8 = f (X 1 , X 2 , X 4 ), Y 9 = f (X 1 , X 2 ), Y 10 = f (X 1 , X 3 ), Y 11 =(X 1 , X 4 ), dimana X 1 = kadar air pengukuran, X 2 = cone index pengukuran, X 3 = Dry bulk density , dan X 4 = Wet bulk density. Kemudian dilakukan analisis menggunakan software Microsoft Excel dan dipilih fungsi Y 8 = − 3.772+(0,68x X 1 )+(0,057x X 2 ) − (11.126x X 4 )  sebagai  fungsi  penduga  untuk pengujian kadar air di lahan sawah dengan R 2 =0.9058. Gambar 11b menyajikan kadar air dugaan dengan kadar air aktual pada pengujian di lahan sawah. Dari analisis yang dilakukan diketahui bahwa pada kondisi tanah yang berbeda nilai kadar air juga dipengaruhi oleh faktor lain yang berbeda dengan kondisi lainnya. Pada pengujian di lahan kering faktor yang memengaruhi adalah kadar air pengukuran, cone index pengukuran dan dry bulk density , sementara pada pengujian di lahan sawah faktor yang memengaruhi adalah kadar air pengukuran, cone index pengukuran dan wet bulk density .

## Simpulan
Prototipe penetrometer yang dirancang mampu mengukur kedalaman, cone index (konversi dari gaya) dan kadar air. Kalibrasi dan validasi sensor didapatkan nilai R 2 =0.9994 dan R 2 =0.9995 untuk sensor gaya, R 2 =0.9999 dan R 2 =0.9999 untuk sensor kedalaman, R 2 =0.9098  dan  R 2 =0.9255  untuk  sensor  kadar  air tanah. Hasil pengujian di lahan kering di dapatkan nilai R 2 =0.9583 untuk cone index , R 2 =0.9994 untuk sensor  kedalaman  dan  R 2 =0.6673  untuk  sensor kadar air. Hasil pengujian di lahan sawah didapatkan nilai R 2 =0.9583 untuk sensor gaya, R 2 =0.9941 untuk sensor  kedalaman  dan  R 2 =0.7696  untuk  sensor kadar air. Hasil analisis regresi pada proses kalibrasi ulang didapat persamaan penduga kadar air dengan nilai R 2 =0.7201 untuk pengujian di lahan kering dan R 2 =0.9058 untuk pengujian di lahan sawah. Prototipe dapat mewakili nilai kedalaman, tahanan penetrasi dan kadar air, sehingga dapat digunakan sebagai alternatif instrumen  ukur  tahanan  penetrasi  yang  dilengkapi dengan data kadar air dengan catatan perlu dilakukan kalibrasi alat pada kondisi tanah yang berbeda.

## Daftar Pustaka
[ASABE] American Society of Agricultural Biosystem Engineers.  2006.  Soil  cone  penetrometer.ASABE. S313.3FEB04
Busscher,  W.J.,  P.J.  Bauer,  C.R.  Camp,  and  R.E.
Sojka. 1997. Correction of cone index for soil water content differences in a coastal plain soil. Soil & Tillage Research.Vol.43(2):205-217
Franzen, H., R. Lal, and W. Ehlers.1994. Tillage and mulching effects on physicalproperties of a tropical Alfisol.Vol.28:329-346
Kumar, A., Y. Chen, A. Sadek, dan S. Rahman.2012. Soil cone index in relation to soil texture, moisture content,  and  bulk  density  for  no-tillage  and conventional tillage. Agric Eng Int: CIGR Journal. Vol.14(1):26-37
Muzani,  A.  2012.  Rancang  Bangun  Penetrometer Digital  berbasis  Mikrokontroler  ATmega  8535 (skripsi). Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor
Sir, T.M.W. and M.E. Bolla. 2012.Pengukuran kadar air tanah menggunakan gypsum blok. Jurnal Teknik Sipil. Vol.1(2):10-17
Sudana, I.M. 2010.Alat ukur kadar air dalam tanah (soil  tester)  berbasis  mikrokontroler  AT89C51. Jurnal Teknik Elektro.Vol.2(1):62-70
Tekeste, M.Z., R.L. Raper, and E.B. Schwab. 2008. Soil drying effects on soil strength and depth of hardpan  layers  as  determined  from  cone  index data.  Agricultural  Engineering  International:  the CIGR Ejournal.Vol.10(12):1-17