RANCANG BANGUN SISTEM PEMANTAUAN DAN KONTROL KUALITAS AIR OTOMATIS UNTUK PEMBUDIDAYAAN IKAN LELE BERBASIS SMS

## Baltazar A T Resiona, Jonshon Tarigan, dan Albert Zicko Johannes
Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, Jl. Adisucipto Penfui,
Kota Kupang, 85001, Indonesia E-mail: santoresiona11@gmail.com

## Abstrak
Budidaya  ikan  lele  (Clarias  gariepinus)  adalah  sektor  peternakan  yang  berkembang  pesat  di Indonesia,  memberikan  kontribusi  signifikan  terhadap  kesejahteraan  produsen  dan  pasokan pangan. Namun, tantangan seperti kualitas air buruk dan aksesibilitas lokasi budidaya memerlukan solusi efektif dalam pemantauan dan kontrol kualitas air. Penelitian ini bertujuan merancang sistem pemantauan dan kontrol kualitas air otomatis berbasis SMS untuk budidaya ikan lele. Arduino Due dan  modul  SIM800L  digunakan  sebagai  pusat  rangkaian  dan  pengiriman  SMS  yang  terhubung dengan sensor suhu (DS18B20), pH (SEN0161-V2), TDS/salinitas, dan ketinggian air (JSN-SR04T). Hasil  penelitian  menunjukkan  tingkat  akurasi  tinggi  dalam  pengukuran  kualitas  air,  mencapai sekitar  99,66%  untuk  suhu  air,  99,58%  untuk  pH  air,  dan  99,54%  untuk  TDS  dan  salinitas. Pengukuran  ketinggian  air  mencapai  akurasi  sekitar  99,96%.  Implementasi  alat  monitoring  dan kontrol  kualitas  air  berbasis  SMS  dalam  budidaya  ikan  lele  selama  14  hari  berhasil  mencapai penggantian  air  otomatis  sesuai  dengan  batas  yang  ditentukan  untuk  pH  dan  TDS,  memastikan pengendalian  parameter  kualitas  air  yang  optimal.  Kendali  ini  berdampak  positif  pada pertumbuhan  ikan  lele,  meningkatkan  panjangnya  sekitar  1,5-2,5  cm  selama  periode  penelitian, dibandingkan dengan ukuran ikan lele di kolam tanpa pengendalian.
Kata kunci : Ikan Lele; Kualitas Air; Arduino Due; SIM800L

## Abstract
Catfish farming (Clarias gariepinus) is a fast-growing livestock sector in Indonesia, contributing significantly to the welfare of producers and food supply. However, challenges such as poor water quality and accessibility of aquaculture sites require effective solutions in water quality monitoring and  control.  This  study  aims  to  design  an  SMS-based  automatic  water  quality  monitoring  and control system for catfish farming. Arduino Due and SIM800L modules are used as circuit and SMS transmission  centers  connected  to  temperature  (DS18B20), pH  (SEN0161-V2),  TDS/salinity, and water  level  (JSN-SR04T)  sensors.  The  results  showed  a  high  level  of  accuracy  in  water  quality measurements, reaching around 99.66% for water temperature, 99.58% for water pH, and 99.54% for  TDS  and  salinity.  Water  level  measurements  reach  an  accuracy  of  about  99.96%.  The implementation of SMS-based water quality monitoring and control tools in catfish farming for 14 days successfully achieved automatic water replacement in accordance with the specified limits for pH  and  TDS,  ensuring  optimal  control  of  water  quality  parameters.  This  control  had  a  positive impact  on  catfish  growth,  increasing  their  length  by  about  1.5-2.5  cm  during  the  study  period, compared to the size of catfish in uncontrolled ponds.
Keywords : Catfish; Water Quality; Arduino Due; SIM800L

## PENDAHULUAN
Ikan  lele  ( Clarias  gariepinus )  adalah sejenis ikan air tawar yang dikenal dengan ciri- ciri  fisiknya  yang  khas,  termasuk  kumis panjang  di  sekitar  mulutnya  dan  bentuk  tubuh yang pipih serta memanjang dengan permukaan tubuh  yang  licin  [1].  Ikan  lele  merupakan hewan  nokturnal  yang  biasanya  aktif  pada
malam  hari,  sementara  pada  siang  hari cenderung  berdiam  diri  dan  berlindung  di tempat-tempat gelap [1].
Budidaya  ikan  lele  telah  menjadi  salah satu sektor peternakan  yang berkembang pesat di  Indonesia.  Selain  berpotensi  meningkatkan kesejahteraan produsen ikan, budidaya ikan lele juga  dapat  mendukung  ketahanan  pangan
Masyarakat  [2].  Kendati  demikian,  sektor  ini masih  dihadapkan  pada  beberapa  kendala, termasuk masalah kualitas air yang buruk pada habitat ikan lele [3].
Habitat Ikan lele hidup adalah lingkungan fisik  berupa  perairan  air  tawar,  baik  di  kolam, sungai,  danau,  waduk  dan  lain-lain.  Salah  satu masalah bagi pembudidaya ikan lele yaitu tidak semua wilayah memiliki sumber daya air tawar yang  baik.  Ada  beberapa  hal  yang  perlu diperhatikan dalam memiliki habitat yang tepat untuk  pembudidayaan  ikan  lele,  salah  satunya adalah  tingkat  kualitas  air.  Beberapa  kriteria tingkat  kualitas  air  yang  penting  dalam pembudidayaan ikan lele adalah tingkat suhu air 25-30°C [1], pH air berkisar 6,5 – 9 [1], kadar TDS <1000 PPM [4], dan kadar salinitas < 3 ppt atau  <  6000  µS/cm  [5].  Pemahaman  yang mendalam  mengenai  karakteristik  habitat  ikan lele  menjadi  aspek  kunci  dalam  perancangan sistem budidaya yang efisien.
Selain  pemahaman  yang  menyeluruh tentang  habitat  ikan  lele,  penggunaan  sistem monitoring  dan  kontrol  kualitas  air  juga menjadi  elemen  kunci  dalam  pembudidayaan ikan  lele  yang  berkelanjutan  [6].  Sistem  ini memungkinkan  pemantauan  kontinu  terhadap parameter-parameter  yang  berkaitan  dengan tingkat  kualitas  air.  Dengan  teknologi  yang semakin canggih, para budidaya dapat memantau  kondisi  air  secara  real-time,  dan bahkan  mengontrolnya  secara  otomatis  untuk mengoptimalkan kualitas air.
Penelitian sebelumnya oleh Bria A. dkk. (2022) [7] telah merancang sistem pemantauan dan  kontrol  pH  air  dalam  budidaya  ikan  lele menggunakan  mikrokontroler.  Sistem  ini bertujuan  meningkatkan  kualitas  air  dan produktivitas  budidaya  ikan  lele,  tetapi  masih memiliki  beberapa  keterbatasan  seperti  fokus pada  pH  air,  suhu,  dan  ketinggian  air  tanpa mempertimbangkan parameter lain yang memengaruhi  kualitas  air.  Selain  itu,  sistem pemantauan masih bersifat manual. Oleh karena itu,  penelitian  ini  bertujuan  merancang  sistem pemantauan  dan  kontrol  kualitas  air  otomatis berbasis SMS dengan sensor yang lebih lengkap dan  metode tampilan hasil  melalui SMS untuk memudahkan pemantauan jarak jauh.
Tujuan  dari  penelitian ini  adalah merancang  alat  untuk  pemantauan  dan  kontrol kualitas  air  otomatis  dalam  budidaya  ikan  lele berbasis SMS, serta merealisasikan alat tersebut dengan  menggunakan  berbagai  sensor  seperti
sensor  ultrasonik,  pH  air,  suhu  air,  TDS,  dan salinitas.  Manfaat  dari  penelitian  ini  adalah memberikan  informasi  terkait  kondisi  kualitas air  secara terperinci  melalui  SMS,  mengontrol kualitas  air  secara  otomatis,  serta  memberikan kontribusi  pada  peningkatan  pemahaman  dan pengetahuan  masyarakat  dalam  budidaya  ikan lele.

## METODE
Proses pengerjaan dari rancangan bangun sistem  monitoring  dan  kontrol  suhu,  pH  air, salinitas, TDS, dan ketinggian air menggunakan sensor  suhu  DS18B20,  sensor  pH  SEN0161, sensor  salinitas/TDS,  dan  sensor  ultrasonik JSN-SR04T dibagi atas beberapa bagian, yaitu studi  literatur,  perancangan  alat,  kalibrasi  dan pengujian  sistem  kalibrasi  yang  ditampilkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Alir Pengerjaan Alat

## Perancangan Sistem
Tahap perancangan ini meliputi pembuatan  diagram  blok  keseluruhan  sistem yang  meliputi  perancangan  perangkat  keras ( hardware ),  perancangan  perangkat  lunak ( software )  dan  pembuatan  keseluruhan  alat ukur.

## Perancangan Hardware
Berdasarkan Gambar 2 sistem monitoring dan  kontrol  kualitas  air  pada  kolam  ikan  lele terdiri  dari  beberapa  komponen  yang  saling terkait. Pertama, sensor salinitas/TDS digunakan untuk mengukur tingkat salinitas dan padatan terlarut  pada  kolam.  Selain  itu,  sensor pH  SEN0161-V2  digunakan  untuk  mengukur kadar pH air pada kolam [8], sedangkan sensor suhu  DS18B20  digunakan  untuk  mengukur suhu air [9]. Sensor ultrasonik JSN-SR04T juga terhubung  ke  sistem  untuk  mengukur  jarak benda  [10].  Semua  data  yang  terkumpul  dari sensor-sensor tersebut dikirim ke Arduino Due, yang  berfungsi  sebagai  pusat  sistem  dan pengolahan  data  [11].  Arduino  Due  juga mengatur kerja modul relay dual channel untuk mengontrol  pergantian  air  melalui  pompa  DC pada  kolam  ikan  lele.  Data  hasil  monitoring kualitas  air  pada  kolam  ditampilkan  secara langsung pada modul OLED display, sementara modul  SIM800L  yang  sudah  diatur  tegangan masuk  oleh  LM2596  digunakan  sebagai  alat pengirim  hasil  monitoring  ke  ponsel  melalui SMS.

## Gambar 2. Skema Keseluruhan Perancangan

## Perancangan Software
Dalam  perancangan  sorftware  yang ditampilkan  pada  Gambar  3,  hasil  dari pembacaan  sensor  atau output sensor  meng- input nilai  suhu  air,  ketinggian  air,  pH  air, salinitas,  dan  TDS  air  dalam  bentuk  sinyal analog    dikirim  ke  mikrokontroler  Arduino Due. Setelah data dikirim ke Arduino Due, data akan  diolah.  Setelah  data  diolah,  Arduino  Due akan menampilkan nilai suhu air, ketinggian air, pH air, salinitas, dan TDS air pada modul oled display  dalam  bentuk  sinyal  digital  dan  sinyal analog  pada  relay dual  channel .  Kemudian nilai-nilai tersebut akan diteruskan sim 800L ke ponsel menggunakan SMS.
Gambar 3. Diagram Alir Perancangan Software

## Kalibrasi Alat
Tahap  kalibrasi  sensor  suhu  DS18B20, sensor pH SEN0161-V2, salinitas air, TDS, dan sensor  ultrasonic  JSN-SR04T  pada  penelitian ini,  dilakukan  dengan  cara  membandingkan hasil  pengukuran  dari  sensor  yang  digunakan dengan  alat  ukur  standar,  untuk  memastikan keakuratan data yang diperoleh dari sensor dan memperkecil kemungkinan terjadinya kesalahan pengukuran. Dari tahap kalibrasi ini dapat  diperoleh  koreksi  atau  faktor  kalibrasi yang dapat digunakan untuk mengkoreksi hasil pengukuran sensor agar lebih akurat dan handal dalam analisis data.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil  Perancangan  dan  Kalibrasi  Alat Keseluruhan
Alat  kontrol  dan  monitoring  kualitas  air yang dirancang yang ditampilkan pada Gambar 4 terdiri dari berbagai komponen yang memiliki peran  masing-masing.  Arduino  Due  bertindak sebagai  pusat  sistem  atau  mikrokontroler, mengambil kendali dalam pengumpulan, pengolahan, dan pengendalian data. Komponen lainnya  seperti board sensor  pH  SEN0161-V2 dan board sensor  ultrasonik  JSN-SR04T berperan dalam mengubah sinyal dari sensor pH dan ultrasonik menjadi data yang dapat diolah, sedangkan  SIM800L  bertugas  mengirimkan
data  melalui  SMS  [12].  Dalam  proses  ini, kapasitor  1000  µF  16  V  digunakan  untuk menstabilkan  tegangan  yang  diberikan  ke SIM800L,  dan  modul  LM2596  mengatur tegangan  yang  disuplai  ke  modul  SIM800L [13].  Selain  itu,  resistor  4,7  kΩ  berfungsi sebagai  penguat  sinyal  data  dari  sensor DS18B20, dan resistor 1 kΩ merupakan bagian dari  sistem  pembagi  tegangan.  Terdapat  juga potensio 10  k yang  digunakan untuk  mengatur nilai  hambatan  dalam  rangkaian  board  sensor pH.  Komponen  luar  melibatkan probe sensor pH SEN0161-V2, probe sensor ultrasonik JSN- SR04T, probe sensor TDS dan salinitas, probe sensor  suhu  DS18B20,  modul  Oled  128x64, modul  relay dual  channel ,  pompa  DC, jack female ,  dan  antena  SIM800L,  yang  bekerja bersama  dalam  mengumpulkan  data  dari lingkungan sekitar, menampilkan hasil pengukuran,  mengontrol  pompa  DC,  dan memastikan  kualitas  sinyal  GSM  yang  cukup untuk pengiriman SMS. Keseluruhan perangkat ini membentuk  alat  kualitas  air  yang komprehensif, mampu mengukur dan mengendalikan berbagai parameter seperti pH, ketinggian air, suhu air, TDS, dan salinitas air, serta mengirimkan data melalui SMS, memfasilitasi  pemantauan  dan  kontrol  kualitas air yang efisien.
Gambar 4. Hasil Perancangan Perangkat Keras
Setelah  dilakukan  perancangan  alat kemudian dilakukan kalibrasi alat ukur. Proses kalibrasi  dilakukan  dengan  membandingkan hasil  pengukuran  berupa  rata-rata  data output alat  ukur  dengan  hasil  pengukuran  alat  ukur terstandarisasi. Proses kalibrasi bertujuan untuk mendapatkan  nilai  error  dan  akurasi  dari masing-masing  perancangan  alat  ukur  yang dibuat  guna  untuk  mengurangi  kesalahan pembacaan,  dan  meningkatkan  kualitas  hasil pengukuran penelitian.
Gambar 5. Grafik kalibrasi alat ukur suhu
Gambar 6. Grafik kalibrasi alat ukur pH
Gambar 7. Grafik kalibrasi alat ukur TDS
Gambar 8. Grafik kalibrasi alat ukur Salinitas

## Gambar 9. Grafik kalibrasi alat ukur Ketinggian

## Hasil Pengukuran dan Kontrol Kualitas Air
Dalam  proses  pengukuran,  data  yang diambil  mencakup pH air, suhu air, ketinggian air,  TDS,  dan  salinitas  air.  Data  ini dikumpulkan menggunakan sensor pH SEN0161-V2,  sensor  suhu  DS18B20,  sensor ultrasonik JSN-SR04T, sensor TDS, dan sensor salinitas  air  yang  terhubung  dengan  rangkaian Arduino  Due.  Kabel  jumper  digunakan  untuk menghubungkan komponen-komponen tersebut,  dan  Arduino  Due  dihubungkan  ke komputer melalui kabel USB untuk pengolahan data  lebih  lanjut.  Komputer  memastikan keluaran  tegangan  yang  stabil  untuk  menjaga akurasi  pengukuran.  Setelah  itu,  program diunggah  ke  Arduino  Due,  yang  tidak  hanya membaca dan mengolah data sensor, tetapi juga mengatur  pompa  berdasarkan  kualitas  air  dan mengirim  data  sensor  ke  perangkat  ponsel sebagai  SMS.  Alat  ini  kemudian  diterapkan pada  kolam  ikan  lele  dengan  250  ekor  ikan dengan  panjang  awal  masing-masing  ikan sekitar 12,5 cm yang ditampilkan pada Gambar 10,  dan  pemantauan  kualitas  air  dilakukan melalui  OLED  atau  ponsel  dengan  notifikasi SMS pukul 10:00, 12:00, dan 14:00 selama 14 hari.  Setelah  periode  pengukuran,  dilakukan analisis  data  untuk  membandingkan  kondisi ikan lele sebelum dan sesudah periode tersebut.
Gambar 10. Kolam ikan lele dan ikan lele
Gambar 11. Grafik pengukuran suhu air
Gambar 12. Grafik pengukuran pH air
Gambar 13. Grafik pengukuran TDS air
Gambar 14. Grafik pengukuran saliniitas air
Gambar 15. Grafik pengukuran ketinggian air
Berdasarkan hasil penelitian yang menyeluruh,  didapatkan  bahwa  parameter untuk kualitas air telah mengalami kendali yang optimal.  Sistem  kendali  berupa  pergantian  air otomatis  diatur  berdasarkan  parameter  untuk kualitas  air  yang  terdiri  dari  suhu,  pH,  TDS, salinitas,  dan  ketinggian  air.  Di  mana  pada parameter  pH,  pergantian  air  dilakukan  ketika pH  melebihi  dari  batas  yang  telah  ditetapkan sebanyak  tiga  kali,  dan  pergantian  air  pada parameter TDS ketika melebihi batas yang telah ditetapkan sebanyak satu kali. Sedangkan pada parameter  suhu,  salinitas,  dan  ketinggian  air tidak terdapat pergantian air otomatis, dikarenakan parameter tersebut tidak  melewati batas  selama  pengukuran  dan  pemantauan. Akibat  pengendalian  pH  dan  TDS  air  selama periode  14  hari,  terlihat  peningkatan  ukuran ikan  lele  hingga  mencapai  14  -  15  cm,  yang merupakan  penambahan  panjang  sekitar  1,5  – 2,5 cm dibandingkan dengan ukuran ikan lele di kolam  tanpa  pengendalian,  yang  memiliki panjang sekitar 13 cm, seperti yang ditampilkan pada  Gambar  16.  Selain  itu  hasil  pengukuran dari  parameter  kualitas  air  dikirimkan  melalui pesan  singkat  (SMS)  yang  ditampilkan  pada Gambar 17.
Gambar  16.  Ikan  lele  setelah  14  hari pemeliharaan
Gambar 17. Pesan SMS pengukuran kualitas air

## SIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah dilakukan,  dapat  disimpulkan  hal-hal  sebagai berikut:
Alat  monitoring  dan  kontrol  kualitas  air otomatis  dalam  pembudidayaan  ikan  lele berbasis SMS telah berhasil dirancang menggunakan mikrokontroler Arduino Due dan SIM800L  yang  terhubung  dengan  sensor  suhu DS18B20,  sensor  pH  SEN0161-V2,  sensor TDS  /  salinitas,  dan  sensor  ultrasonik  JSN- SR04T. Tingkat akurasi alat untuk pengukuran suhu air mencapai 99,66%, pengukuran pH air mencapai  99,58%,  pengukuran  TDS  dan salinitas mencapai 99,54%, dan juga pengukuran ketinggian air mencapai 99,96%. Alat  monitoring  dan  kontrol  kualitas  air berbasis SMS telah berhasil direalisasikan, dan dalam  rentang  waktu  14  hari  monitoring  dan kontrol  kualitas  air  berhasil  melakukan pergantian  air  otomatis  pada  parameter  pH sebanyak tiga kali dan parameter TDS sebanyak satu kali.

## Saran
Ditambahkan  kontrol  untuk  parameter kadar  oksigen  terlarut  (DO),  ditambahkan kontrol  untuk  suhu  air  di  bawah  25  °C, ditambahkan  pengembangan  studi  khusus terkait  pengaruh  TDS  untuk  ikan  lele, ditambahkan  peningkatan  desain  fisik  sensor TDS dan salinitas untuk memastikan ketahanan terhadap korosi atau kerusakan fisik yang dapat mempengaruhi kinerja sensor secara keseluruhan, ditambahkan penggunaan kalibrasi  secara  berkala  agar  sensor  TDS  dan salinitas agar dapat memberikan hasil pengukuran yang akurat, ditambahkan
optimalisasi penggunaan energi seperti penggunaan  panel  surya  untuk  menjaga ketersediaan daya secara berkelanjutan.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Fatimah  EN,  Sari  M.  Kiat  Sukses Budidaya  Ikan  Lele.  Bibit  Publisher, Depok. 2015. 2 Mahyuddin K. Panduan Lengkap Agribisnis  Lele.  Penebar  Swadaya Grup, Jakarta. 2012. 3 Dra.  Ny.  S.  Rachmatun  Suyanto. Budidaya  Ikan  Lele  (ed.  Revisi).  Niaga Swadaya, Jakarta. 2004.
4 Pemerintah  Republik  Indonesia  No  82
Tahun  2001.  2001.  Presiden  Republik
Indonesia  Peraturan  Presiden  Republik Indonesia Tentang Pengelolaan Kualitas Air  dan  Pengendalian  Pencemaran  Air.
1.
5 Prananingtyas  D,  Prayogo,  Rahardja  S. 2019. Effect of Different Salinity Level within  Water  Against  Growth  Rate, Survival Rate (FCR) of Catfish (Clarias sp.). IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 236 (1): .
6 Susilo  A,  Fazeri  Y.  2021.  Monitor Kualitas  Air  Kolam  Budi  Daya  Ikan Lele  Berkonsep  IoT.  J.  Sains  dan Teknol. 6 (2): 34.
7 Bria  A,  Tarigan  J,  Bernandus,  Umbu
ABS.  2022.  Rancang  Bangun  Sistem Pemantauan dan Kontrol pH Air Untuk Budidaya Ikan Lele(Clarias Gariepinus). Opt. J. Pendidik. Fis. 6 (2): 119. 8 Umar  N,  Dewi  A,  Thamrin  U.
Monitoring pH Air Budidaya Ikan Lele Prosiding  Seminar  Hasil  Penelitian
(SNP2M). vol 2018 Makasar. pp 78–82. 9 Ikhsan RN, Syafitri N. 2021.
Pemanfaatan  Sensor  Suhu  DS18B20 sebagai  Penstabil  Suhu  Air  Budidaya Ikan  Hias.  Pros.  Semin.  Nas.  Energi,
Telekomun. dan Otomasi. 1 (1): 18.
10 Chobir  A,  Andang  A,  Hiron  N.  2017. Sistem  Deteksi  Elevasi  Permukaan  Air Sungai  Dengan  Sensor  Ultrasonik Berbasis  Arduino.  J.  Siliwangi. 3 (1):
149. 11
Sasmoko  D.  Arduino  dan  Sensor  pada Project  Arduino  DIY.  Yayasan  Prima
Agus Teknik, Semarang. 2021.
12 Dharma IPL, Tansa S, Nasibu IZ. 2019. Perancangan  Alat  Pengendali  Pintu  Air Sawah  Otomatis  dengan  SIM800l
Berbasis  Mikrokontroler  Arduino  Uno.
J. Tek. 17 (1): 40.
13 Genaldo R, Septyawan T, Surahman A, Prasetyawan P. 2020. Sistem Keamanan Pada  Ruangan  Pribadi  Menggunakan Mikrokontroler  Arduino  dan  SMS Gateway. JTIKOM. 1 (2): 46.