Quality Otomation System and monitoring of Bok Choy (Brassica chinensis L.) in Hydroponic Greenhouses based on Fuzzy Logic using Arduino Uno
Sistem Otomasi dan Monitoring Kualitas Pakcoy (Brassica chinensis L.) pada Greenhouse Hidroponik berbasis Fuzzy Logic menggunakan Arduino Uno
Farih Khafiyyan 1 , Radita Febrianti 2* , Lazuardi Siddiq Amin Pradana 3 , M Farhan Syamsudin 4 , Indi Jaka Nugraha 1 , Dwi Yulinar Chairunisa 2 *, Ridwan Siskandar 1 *
Program Studi Teknologi Rekayasa Komputer, Sekolah Vokasi, IPB University Jl. Kumbang No.14, RT.02/RW.06, Babakan, Kecamatan Bogor Tengah, Kota Bogor, Jawa Barat, Indonesia. email : ridwansiskandar@apps.ipb.ac.id; dwi.yulinar8@gmail.com; febriantiradita@gmail.com
Article Submitted : 08-05-2023 Article Accepted : 17-07-2023

## ABSTRACT
Hydroponic greenhouses are a form of maintenance optimal plants with minimal water use. However, growing plants  in  this  environment  requires  careful  monitoring  and  control  of  various  parameters  such  as  pH  and  nutrient availability.  In  this  study,  we  used  NFT  Hydroponics  (Nutrient  Film  Technique)  a  soilless plant  cultivation technique that  uses  nutrient  solutions  flowing  in  shallow  channels  under  plant  roots.  This  method  allows  efficient  and  optimal plant growth with less use of water and nutrients compared to conventional cultivation. The pakcoy quality monitoring system in this hydroponic greenhouse is made using an Arduino Uno microcontroller equipped with a dfrobot pH sensor and a dfrobot tds sensor to monitor the quality of the bok choy plants automatically. We get the data by the tool will be processed using fuzzy logic to control the pH quality of the water and the nutrients of the bok choy plants to maximize the  efficiency  and  production  of the  bok choy  plants.  The  results  showed  that  using this  technology can  monitor and control the water quality and environment for bok choy growth efficiently and accurately.
Keywords: Monitoring, Ph, Nutrition, Hydroponic, nft, greenhouse, Arduino Uno, Fuzzy Logic.

## PENDAHULUAN
Menurut  (Iswanda  &  Nasution,  2022), hidroponik  merupakan  budidaya  bidang  pertanian menggunakan  air  atau  larutan  cair  sebagai  media tanam yang berisi larutan yang mengandung nutrisi dan  tanpa  menambahkan  tanah  sebagai  media tanamnya. Menurut (Amal et al., 2022), hidroponik berarti  tumbuh  di  air  yang  mengandung  berbagai nutrisi.  Hidroponik  yaitu  teknik  menanam menggunakan air sebagai media tanamnya. Teknik hidroponik  ini  bisa  digunakan  untuk  menanam berbagai  sayuran  mulai  dari  kangkung,  pakcoy, sawi, hingga pakcoy.
NFT  merupakan  salah  satu  model menanam  hidroponik  dengan  cara  menaruh  akar pada  area  air  nutrisi  dengan  ketinggian  cukup dangkal.  Air  nutrisi  tersebut  akan  tersirkulasi dengan  baik  dan  mengandung  nutrisi  yang  ideal untuk keperluan tanaman salah satunya menggunakan  nutrisi  AB  mix.  Akar  bisa bertumbuh  di  area  larutan  yang  mengandung nutrisi,  dikarenakan  pada  sekitar  akarnya  terdapat larutan  yang  mengandung  nutrisi,  maka  hal tersebut  yang  disebut  dengan  NFT  (Nutrient  Film Technique) (Wibowo & Asriyanti, 2013).
Menurut  (Amrullah,  2017),  monitoring merupakan  suatu  aktifitas  memantau  terhadap sesuatu yang ingin diketahui. Monitoring tanaman
hidroponik ini dilakukan di greenhouse. Greenhouse  atau  sering  disebut  teknologi  rumah tanaman  adalah  salah  satu  solusi  untuk mengendalikan  keadaan  iklim  pada  tanaman (Tando,  2019).  Menurut  penuturan  tersebut, greenhouse  ini  bisa  menjadi  suatu  alternatif  yang bisa  mengendalikan  iklim  yang  tidak  baik  untuk tanaman  hidroponik  sehingga  tanaman  hidroponik bisa  bertumbuh  dengan  baik  dan  maksimal  tanpa adanya gangguan iklim.
Arduino  UNO  adalah  suatu  open  source platform  elektronik  berbasis  easy  to  use  serta sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328  (Nasution  et  al.,  2022).  Arduino memiliki  sistem  dasar  yang  terdiri  dari  hardware dan  software  yang  bisa  memudahkan  dalam penggunaannya.  Penulis  dapat  menggunakan arduino  untuk  merancang  alat  monitoring  kualitas pakcoy  hidroponik,  karena  mudah  dalam penggunaannya dan bersifat open source.
Penulis  menggunakan  fuzzy  logic  untuk melakukan pemecahan masalah yang ada. Menurut (Setia  &  Ramadan,  2019), fuzzy  logic merupakan logika  yang  mengklaim  nilai  kekaburan  yaitu memiliki  nilai  diantara  benar  atau  salah.  Logika fuzzy  memiliki  membership  function  dalam  range nlai antara 0 hingga 1, dan bisa menunjukan suatu nilai itu benar dan salah.
Menurut (Wahyuni et al., 2021), kebanyakan  orang  yang  menanam  hidroponik selalu  melakukan  pengecekan  nutrisi  sebanyak  14 kali  setiap  minggunya  hal  tersebut  untuk menghitung  kebutuhan-kebutuhan  nutrisi  tanaman agar  terpenuhi,  selain  hal  tersebut  faktor temperatur  lingkungan  sekitar  juga  harus  dalam keadaan  optimal  bagi  tanaman.  Namun,  sebagian orang merasa melakukan hal tersebut dirasa kurang efisien  di  zaman  perkembangan  teknologi  seperti sekarang.  Selain  itu,  tidak  semua  orang  mampu memahami  cara  perawatan  yang  benar  untuk tanaman  hidroponik  yang  ideal  atau  harus  dijaga atau dicapai, terutama bagi orang yang baru terjun dalam  merawat  pakcoy  hidroponik  dan  ingin mengembangkannya di greenhouse.
Dengan  perkembangan  teknologi  yang  semakin canggih,  hal  ini  bisa  memberikan  efisiensi terhadap  kegiatan  yang  sebelumnya  dilakukan secara  manual.  Oleh  dengan  alasan  tersebut penulis  membuat  alat  “Sistem  Otomasi  Kualitas pakcoy  (Brassica  chinensis  L.)  pada  Greenhouse Hidroponik  berbasis  Fuzzy  Logic  menggunakan Mikrokontroler  Arduino  Uno”  dengan  tujuan mempermudah dalam merawat tanaman hidroponik  khususnya  pakcoy,  sehingga  terhindar dari kesalahan dan human error dalam merawatnya

## BAHAN DAN METODE
Penelitian  sistem  otomasi  tanaman  pakcoy hidroponik dengan sistem fuzzy logic dilaksanakan pada bulan Januari sampai dengan bulan Juni 2023 berlokasi  di  Sekolah  Vokasi  IPB  University,
Teknologi  Rekayasa  Komputer,  Sekolah  Vokasi IPB University.
Alat  dan  bahan  yang  dibutuhkan  untuk melakukan  perancangan  sistem  otomasi  kualitas pakcoy  hidroponik  mini  ini  antara  lain  pipa  PVC, sensor  TDS  meter,  sensor  pH  meter,  relay  4 channel, peristaltic pump , LCD 16x2 library fuzzy logic,  mikrokontroler  arduino  uno,  arduino  IDE, MATLAB,  fritzing  dan  set  alat  pendukung, kemudian  bahan  yang  akan  digunakan  adalah sampel  dari  air  tandon  RH  Farm,  larutan  nutrisi AB mix dan cairan pH up, pH down yang memiliki fungsi masing - masing.

## Metode Pelaksanaan Perancangan Sistem Otomasi Kualitas Pakcoy Hidroponik
Sistem dari hidroponik menggunakan nutrifit film technique atau NFT yang dapat membuat akar tanaman  dapat  tumbuh  pada  area  dengan ketinggian  dangkal  dan  bersirkulasi  sehingga membuat  hidroponik  bisa  mendapatkan  oksigen, sumber  air  dan  nutrisi  yang  cukup  dan  tentunya dapat  menghemat  penggunaan  lahan  tanaman  dan penggunaan air menjadi lebih efisien (Mohammad et  al).  Untuk  sirkulasi  air,  digunakan  peristaltic pump  sebagai  pompa  untuk  mengatur  nutrisi  AB mix, pH up dan pH down.
Gambar 1. Metode Pelaksanaan Sistem Otomasi Kualitas Pakcoy Hidroponik
Perancangan Hardware Sistem Otomasi

## Hidroponik Pakcoy
Pada  sistem  otomasi  hidroponik  pakcoy  ini memiliki  dua  sensor  penting,  yaitu  sensor  TDS dfrobot  dan  sensor  pH  dfrobot.  Dimana  sensor tersebut menghasilkan output bernilai analog yang diubah  menjadi  nilai  digital  melalui  ADC  atau
Analog to Digital Converter yang ada pada papan arduino  uno,  kemudian  terdapat  relay  empat channel,    pompa  air peristaltic  pump berfungsi mengatur  cairan  pH  up,  pH  down,  dan  TDS. Rangkaian  dari  perancangan  dapat  dilihat  pada gambar  dibawah  ini.  Sistem  Fuzzy  Logic  dan kalibrasi sensor melalui kode sketch menggunakan
bahasa  pemrograman  C++  dengan  environment software editor Arduino IDE yang dihubungkan ke
Gambar 2. Rancangan Hardware Sistem Otomasi Hidroponik Pakcoy

## Pembuatan Software
Pembuatan Software pengontrolan nilai EC dan pH dilakukan  setelah  hardware  yang  dirancang  sudah selesai.  Pembacaan  sensor  akan  dilakukan  oleh mikrokontroler  ATmega328  board  arduino  uno kemudian  ditampilkan  pada  layar  LCD.  Menurut (Widodo  et  al.,  2022),  LCD  ini  banyak  ditemui pada  berbagai  macam  alat  elektronik  yang memiliki  output  tampilan  seperti  handphone  dan televisi  yang  mempunyai  16  pin  kaki  jika menggunakan  I2C  menjadi  4  pin  kaki.    Hasil  dari nilai  pembacaan  EC  dan  pH  akan  dijadikan sebagai  aspek  utama  untuk  memberikan  perintah terhadap  relay  4  channel  agar  pompa  bernilai HIGH  dan  LOW  yang  artinya  “ON”  dan  “OFF”. Jika  sensor  TDS  mendeteksi  nilai  TDS  <  1000 ppm,  maka  mikrokontroler  akan  memberikan perintah  untuk  menyalakan  relay  1  dan  2  yang akan  memberikan  daya  kepada  pompa  nutrisi  AB mix untuk “ON” sehingga pompa menyala selama dua  detik,  jika  pH  >  1400,  maka  mikrokontroler akan  memberikan perintah  mematikan relay 1 dan 2  yang  akan  memutuskan  daya  ke  pompa  nutrisi AB  mix  untuk  “OFF”.  Jika  pH  <  7,  maka mikrokontroler akan memberikan perintah menghidupkan  relay  3  yang  akan  memberikan daya  ke  pompa  pH  up  untuk  “ON”  selama  dua detik.  jika  pH  >  7,  maka  mikrokontroler  akan memberikan  perintah  menghidupkan  relay  4  yang akan  memberikan  daya ke pompa pH down untuk “ON” selama dua detik.

## Uji Pengukuran Sistem Fuzzy Kualitas Pakcoy Hidroponik
Untuk menguji kualitas pakcoy hidroponik ini  menggunakan fuzzy  logic untuk  mengetahui output  yang  tepat  dari  beberapa  input  yang memiliki  aturan  yang  telah  ditentukan,  sehingga dapat  menghasilkan  keputusan  yang  tepat  untuk kualitas  pakcoy  hidroponik  yang  penulis  gagas. Penulis  menggunakan software MATLAB  ( Matrix Laboratory )  R2021  untuk  merealisasikan  metode fuzzy  logic tersebut  dengan  tepat. Software MATLAB  digunakan  untuk  proses  pengembangan seperti  pada  bidang  komputasi  yaitu  untuk melakukan  pengembangan  pemrograman  atau software (Atina,  2019). Software MATLAB  ini dapat  memecahkan  masalah  mulai  dari  analisis data, pengembangan algoritma, simulasi, visualisasi, hingga pengambil keputusan.
Selain  penggunaan software MATLAB, penulis  juga  menggunakan  arduino  IDE  untuk mengubah dari visualisasi angka dan gambar pada software MATLAB  ke  dalam  bentuk  coding  pada arduino  uno.  Hal  ini  dilakukan  untuk  menerapkan codingan ke alat yang akan dibuat.
Uji pengukuran kualitas pakcoy dilakukan dengan  membagi  pengujian  menjadi  dua  yaitu pengujian  sensor  pH  ( Potential  of  Hydrogen )  dan pengujian  sensor  TDS  ( Total  Dissolved  Solids ). Menurut  (Hariyadi  et  al.,  2020),  PH  merupakan nilai keasaman suatu larutan yang digunakan untuk mengukur  tingkat  kebasaan  atau  keasaman  yang terdapat  dalam  suatu  larutan  tersebut.  Sehingga
sensor  pH  merupakan  suatu  sensor  yang  dapat mengukur  derajat  keasaman  pada  suatu  larutan. Sedangkan PPM merupakan jumlah zat padat yang terlarut  baik  berupa  ionion  organik,  senyawa, maupun koloid di dalam larutan air (WHO, 2003). Dapat  diartikan  juga  bahwa  sensor  TDS merupakan  suatu  sensor  yang  dapat  mengetahui jumlah zat padat terlarut pada air.
Penulis  menggunakan  sensor  pH  yang  kemudian dilakukan  pengujian  kalibrasi  sensor  pH  dan  hasil sensor  pH  akan  dibandingkan  dengan  hasil pengukuran  pH  meter,  selanjutnya  sensor  TDS digunakan  untuk  pembacaan  nilai  ppm  ( Part  Per Million ) nutrisi yang kemudian dilakukan kalibrasi sensor  TDS  dan  hasil  sensor  TDS  akan dibandingkan dengan hasil pengukuran TDS meter.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Logika Fuzzy Sistem Otomasi Kualitas Pakcoy Hidroponik
Input membership function tingkat pH dan nilai ppm dapat dilihat pada gambar berikut
Berikut ini output membership function pompa nutrisi, kualitas pakcoy, pompa pH down, dan pompa pH down.

## Berikut ini merupakan beberapa rule yang berlaku
Dibawah  ini  merupakan  hasil  akhir  dari  sistem  fuzzy yang dilakukan

## Kodingan Sistem Otomatisasi Kualitas Pakcoy Hidroponik
Setelah  memakai  metode  fuzzy,  maka  akan  direalisasikan  kedalam  bentuk  kodingan  untuk  sistem kualitas pakcoy hidroponik, seperti yang ditunjukan pada gambar dibawah ini.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Sistem  Otomasi  dan  Monitoring  Kualitas Pakcoy  yang  telah  dirancang  dapat  berfungsi dengan  optimal  dan  sesuai  harapan  yaitu  dapat melakukan  otomasi  dan  monitoring  kualitas tanaman  pakcoy  hidroponik.  Hal  tersebut ditunjukan dengan hasil pertumbuhan pakcoy yang memiliki  ciri-ciri bahwa pakcoy  yang  layak untuk dikonsumsi serta dipasarkan setelah  menggunakan alat  terkait.  Dengan  alat  tersebut  maka memperkecil tingkat kegagalan serta memperbesar angka keberhasilan tanaman pakcoy yang memiliki kualitas optimal.

## DAFTAR PUSTAKA
Amal,  M.  I.,  Sofyan,  &  Zulkarnain.  (2022). Analisis  Swot :  Faktor  Internal  Dan Eksternal  Pada  Pengembangan  Usaha Sayuran  Hidroponik  Di  Kota  Banda  Aceh. Jurnal  Ilmiah  Mahasiswa  Pertanian,  7(4), 296–306.
Amrullah,  R.  S.  (2017).  Pengembangan  Sistem Monitoring Kegiatan Belajar Mengajar. JATI (Jurnal  Mahasiswa  Teknik  Informatika) Aplikasi, 1(2), 178–184.
Iswanda,  A.,  &  Nasution,  I.  S.  (2022).  Otomasi Sistem  Hidroponik  Berbasis  Logika  Fuzzy Menggunakan  Air  Limbah.  Jurnal  Ilmiah Mahasiswa Pertanian, 7, 572–581.
Nasution,  S.  P.,  Satriyo,  P.,  &  Devianti.  (2022). Sistem  Kontrol  Nilai  EC  (  Electrical Conductivity  )  Untuk  Nutrisi  Tanaman Bayam.  Jurnal  Ilmiah  Mahasiswa  Pertanian, 7, 309–314.
Wahyuni,  S.,  Wahyudi,  M.,  &  Rusidy,  A.  (2021).
Rekayasa  Digitalisasi  Pertanian  Hidroponik NFT  dengan  Model  Kendali  Suhu,  pH  dan Electrical  Conductivity  (EC).  Journal  of
Science and Technology.
.Setia,  B.,  &  Ramadan,  A.  (2019).  Penerapan
Logika  Fuzzy  pada  Sistem  Cerdas.  Jurnal Sistem Cerdas, 2(1), 61–66. https://doi.org/10.37396/jsc.v2i1.18
Atina.  (2019).  Aplikasi  Matlab  pada  Teknologi Pencitraan  Medis. Jurnal  Penelitian  Fisika Dan  Terapannya  (JUPITER) , 1 (1),  28. https://doi.org/10.31851/jupiter.v1i1.3123
Hariyadi,  Kamil,  M.,  &  Putri,  A.  (2020).  Sistem Pengecekan  pH  Air  Otomatis  Menggunakan Sensor  pH  Probe  Berbasis  Arduino  Pada Sumur  Bor. Rang  Teknik  Journal , 3 (2),  14.
https://all3dp.com/2/fused-deposition- modeling-fdm-3d-printing-simply-explained/
Irawan, Y., Febriani, A., Wahyuni, R., & Devis, Y.
(2021).  Water  quality  measurement  and filtering tools using Arduino Uno, PH sensor and  TDS  meter  sensor. Journal  of  Robotics and Control (JRC) , 2 (5), 357–362. https://doi.org/10.18196/jrc.25107
Tando,  E.  (2019).  Pemanfaatan  Teknologi
Greenhouse Dan Hidroponik Sebagai Solusi Menghadapi Perubahan Iklim Dalam Budidaya  Tanaman  Hortikultura. Buana Sains , 19 (1), 91. https://doi.org/10.33366/bs.v19i1.1530
WHO.    (2003).    Total    dissolved    solids    in Drinking-water. Geneva  Switzerland .
https://doi.org/10.1080/10417943609370625
Wibowo,  S.,  &  Asriyanti,  A.  (2013).  Aplikasi Hidroponik  NFT  pada  Budidaya  Pakcoy (Brassica  rapa  chinensis). Jurnal  Penelitian
Pertanian Terapan , 13 (3), 159–167. https://jurnal.polinela.ac.id/index.php/JPPT/a rticle/viewFile/180/149
Widodo, Y. B., Gunawan, A., & Sutabri, T. (2022). Perancangan Sistem Monitoring Nutrisi pada Tanaman Hidroponik Berbasis Arduino Uno. Jurnal Teknologi Informatika Dan Komputer ,
8 (1), 200–214. https://doi.org/10.37012/jtik.v8i1.850