## OTOMATISASI SISTEM IRIGASI TETES BERBASIS ARDUINO NANO
Surinia V. Kiri, Laura A. S. Lapono
Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, Kupang, NTT

## Abstrak
Telah dirancang sebuah sistem irigasi tetes otomatis menggunakan sel surya dengan output 9 Volt, baterai isi ulang 3,7 Volt, modul step up XL6009, sensor kelembaban tanah FC-28, Arduino Nano, LED  dan  solenoid  valve  12  V  DC  ½”.  Tujuan  utama  perancangan  ini  adalah  menghemat penggunaan air dalam pertanian lahan kering. Selain itu juga menghemat tenaga dan waktu petani karena sistem bekerja otomatis. Sistem ini dirancang khusus untuk tanaman cabai merah dengan kelembaban  tanah  antara  44,8%  hingga  76,5%.  Sistem  ini  bekerja  dengan  menggunakan  energi matahari yang diserap oleh sel surya. Energi tersebut akan disimpan dalam baterai 3,7 Volt dan diubah  menjadi  tegangan  9  Volt  melalui  modul  step  up  XL6009  sebagai  tegangan  input  untuk Arduino  Nano.  Sensor  kelembaban  tanah  FC-28  akan  mendeteksi  kadar  kelembaban  tanah. Selanjutnya  Arduino  Nano  akan  menerima  input  tegangan  dari  sensor  kelembaban  tanah.  Jika output sensor kelembaban tanah FC-28 lebih dari 2,8 Volt (kelembaban tanah rendah, <44,8 %), LED merah akan menyala dan solenoid valve terbuka. Jika output sensor kelembaban tanah FC-28 kurang dari 1,25 Volt (kelembaban tanah tinggi, >76,5 %), LED hijau menyala dan solenoid valve tertutup.
Kata  Kunci:  Sensor  Kelembaban  Tanah  FC-28,  Arduino  Nano,  Solenoid  Valve,  Modul  Step  Up XL6009

## Abstract
It has been designed an automatic drip irrigation system using solar cell with an output 9 V, 3,7 V rechargeable battery, XL6009 step up module, FC-28 soil moisture sensor, Nano Arduino, LED and 12 V DC ½” solenoid valve. The main purpose of this design is to conserve the use water for dry farmings. But it also can save energy and time farmers because the system can work automatically. This system specially designed for chili plants with soil moisture range between 44,5 to 76,5%. This system  works  using  solar  energy  is  adsorbed  by  the  solar  cell.  Energy  will  be  saved  in  3,7  Volt rechargeable battery and changed to be 9 Volt by XL6009 step up modul as input for Nano Arduino. The FC-28 soil moisture sensor will detect level of soil moisture. Then Nano Arduino will receive input  voltage  from  soil  moisture  sensor.  If  the  output  of  the  sensor  more  than  2,8  Volt  (low  soil moisture, <44,8 %), red LED will be on and solenoid valve open. If the output of the soil moisture sensor less than 1,25 Volt (high soil moisture, >76,5 %), green LED will be on and solenoid valve closed.
Keywords: FC-28 Soil Moiture Sensor, Nano Arduino, Solenoid Valve, XL6009 Step Up Module

## PENDAHULUAN
Lahan kering adalah salah satu agroekosistem  yang  mempunyai  potensi  besar untuk  usaha  pertanian,  baik  tanaman  pangan, hortikultura maupun tanaman tahunan.
Umumnya  lahan  kering  dikaitkan  dengan pengertian  usaha  tani  bukan  sawah  yang bergantung pada air hujan [1].
Nusa  Tenggara  Timur  termasuk  salah satu  wilayah  dengan  lahan  kering  yang  cukup luas.  Menurut  data  pemerintah  Nusa  Tenggara Timur,  luas  daerah  pertanian  lahan  kering
sekitar  1.528.308  hektar  sedangkan  lahan pertanian  basah  seluas  284.103  hektar  [2]. Khususnya di kota Kupang, curah hujan tahun 2014  yaitu  1414,  8  mm/tahun  dengan  jumlah hari  hujan  103  hari.  Jadi,  kota  Kupang  tidak memiliki  cadangan  air  bersih  yang  cukup. Selain  itu  menurut  data  Badan  Pusat  Statistik, waktu  penyinaran  matahari  di  kota  Kupang adalah  82,25%  [3].  Karena  itu,  tingkat penguapan di kotaKupang sangat tinggi. Maka dibutuhkan  penyiraman  yang  hemat  air  dan
langsung  ke  tanaman  untuk  menghindari evaporasi berlebih.
Permasalahan lainnya yaitu petani masih menyiram  tanaman  secara  manual.  Menyiram tanaman dalam jumlah yang banyak pada lahan yang luas tidak hanya membutuhkan banyak air namun memerlukan banyak waktu dan tenaga.
Karena  ketersediaan  air  sangat  terbatas maka    teknik  penyiraman  yang  dipilih  harus hemat  air.  Irigasi  tetes  merupakan  metode irigasi  yang  hemat  air  dengan  membiarkan  air menetes  pelan-pelan  ke  akar  baik  melalui permukaan  tanah  atau  langsung  ke  akar. Dibandingkan dengan sistem irigasi curah atau pancaran, efisiensi sistem irigasi tetes jauh lebih tinggi yakni mencapai 91,88%. Selain itu, hasil tanaman  pada  lahan  beririgasi  tetes  lebih  baik daripada lahan beririgasi curah [4].
Seiring  dengan  perkembangan  teknologi yang  pesat,  telah  dirancang  sistem-sistem penyiraman otomatis, di antaranya adalah hasil perancangan dari Agus Nuryadi [5]. Perancangan tersebut menggunakan
mikrokontroler  ATmega16.  Selain  itu,  pernah dilakukan oleh Rizqiani Putri [6]. Perancangan yang dibuat menggunakan Arduino Uno, sensor suhu dan kelembaban tanah DHT11 serta sensor kelembaban tanah YL-69.
Namun  dalam  perancangan  ini,  peneliti menggunakan
Arduino Nano karena konstruksinya  yang kecil. Sensor  yang dipakai adalah sensor kelembaban tanah FC-28 karena mudah  digunakan  dan  harganya  terjangkau. Selain  itu,  karena  sistem  ini  bertujuan  untuk digunakan di daerah pertanian seperti kebun dan waktu  penyinaran  matahari  yang  relatif  lebih lama,  maka  perancangan  ini  menggunakan  sel surya sebagai sumber tenaga dan solenoid valve sebagai katup penyiraman.
Sistem ini dirancang untuk tanaman cabai merah. Cabai merah adalah salah satu tanaman yang  memiliki  nilai  ekonomi  tinggi  dan membutuhkan jumlah air yang tepat. Kelebihan air dapat menyebabkan kelembaban yang tinggi dan merangsang tumbuhnya jamur dan bakteri. Tanah  yang  terlalu  basah  dapat  membusukkan akar  sehingga  tanaman  mati.  Sebaliknya  jika kekurangan air, tanaman cabai akan kerdil, layu dan  mati.  Menurut  hasil  penelitian,  tanaman cabai  dapat  tumbuh  dengan  baik  pada  tanah dengan  kelembaban  berkisar  antara  44,8% hingga 76,5% [6]. METODE PENELITIAN

## Perancangan Perangkat Keras
Perancangan  perangkat  keras  mengikuti blok diagram pada Gambar 1.
Gambar 1. Blok Diagram Sistem
Bentuk rangkaian sistem secara keseluruhan terdapat pada Gambar 2.
Gambar 2. Skema Rangkaian Secara Lengkap

## Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan  perangkat  lunak  mengikuti flowchart pada Gambar 3.

## Gambar 3. Flowchart Program

## HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Tegangan Input Sistem
Sumber  tenaga  pada  perancangan  ini adalah sel surya dengan output 9 Volt dan arus 220  mA.  Oleh  karena  itu  dibuat  rangkaian penyimpan  daya.  Daya  disimpan  pada  1  buah baterai rechargeable 3,7  V.  Rangkaian  ini menggunakan LM317 untuk mengatur tegangan  keluaran  antara  1,2  –  37  Volt  DC. Perancangan ini pun menggunakan dioda Zener 3,9  Volt  dengan  tujuan  membatasi  tegangan yang  masuk  ke  baterai  agar  tidak  melampaui batas  tegangan  baterai.  Dengan  menggunakan modul  step  up  XL6009,  diperoleh  tegangan keluaran  9  V  dengan  arus  600  mA  untuk Arduino  Nano  dan  sensor  kelembaban  tanah FC-28.
Tabel 1. Pengujian Tegangan
No. Tegangan yang diinginkan (V) Output tegangan (V) 1 9 9,05 2 9 9,05 3 9 9,11 4 9 9,11 5 9 9,07

## Pengujian  Sensor  Kelembaban  Tanah FC-28
Sebelum  merancang  rangkaian  sensor kelembaban  tanah  FC-28,  terlebih  dahulu dilakukan kalibrasi sensor menggunakan metode  gravimetri.  Tanah  dijemur  hingga kering  (kelembaban  tanah  0%)  dan  dibuat  9 buah  sampel  tanah.  Kemudian  setiap  sampel
dicampur  dengan  air  dalam  jumlah  yang berbeda-beda.  Kadar  kelembaban  tanah  dapat dihitung  secara  manual  dari  perbandingan antara volume air dan tanah.
Modul  sensor  kelembaban  tanah  FC-28 dihubungkan  dengan  Arduino  Nano  dan  PC untuk  menampilkan  kelembaban  tanah. Probe sensor ditancapkan ke setiap sampel tanah dan diamati tampilan output di Serial Monitor.
Tabel 2. Data Perbandingan Pengujian Sensor Kelembaban Tanah FC-28 dan Metode Gravimetri
Nilai  rata-rata  keluaran  sensor  dan kelembaban  tanah  dengan  metode  gravimetri diplot menjadi grafik seperti pada Gambar 4.
Gambar 4. Grafik Hubungan Kadar Air dan Tegangan Output Sensor Kelembaban Tanah FC-28
Berdasarkan  Gambar  4,  kadar  air berbanding  terbalik  dengan output sensor kelembaban  tanah  FC-28.  Semakin  banyak jumlah air (kelembaban tanah semakin tinggi), semakin  rendah  tegangan  keluaran  sensor. Hubungan  antara  kadar  air  dan output sensor bersifat linear yang memenuhi persamaan garis lurus.  Keduanya  memiliki  korelasi  yang  kuat, ditunjukkan dengan nilai R 2 = 0,998 .

## Pengujian Solenoid Valve
Solenoid  valve  digunakan  sebagai  katup penyiraman yang dibuka dan ditutup berdasarkan  ada  tidaknya  arus  listrik  yang mengalir.Pada  pengujian  solenoid  valve,  arus dari  pin  D4  Arduino  dihubungkan  ke  solenoid valve.  Rangkaiannya  meliputi  Arduino,  modul step up XL6009 dan solenoid valve. Modul step up berfungsi untuk menaikkan tegangan dari pin Arduino  (5  V)  sehingga  sesuai  dengan input yang dibutuhkan oleh solenoid valve (12 V).
Tabel 3. Hasil Pengujian Solenoid Valve Mode Pin D4 Arduino Output Modul Low 0 V High 12 V

## Pengujian Perangkat Lunak
Perancangan ini memakai bahasa pemrograman C dengan menggunakan software Arduino IDE 1.6.7. Bahasa pemrograman yang digunakan  dirancang  sesuai  dengan  algoritma pada flowchart yang  telah  dibuat  sebelumnya. Perancangan software meliputi  perancangan program  untuk  pengujian  sensor  kelembaban tanah FC-28, pengujian Arduino dan rangkaian LED, serta pengujian solenoid valve.

## Program Pengujian Arduino Nano
Pengujian  Arduino  Nano,  sebuah sketch sederhana dibuat untuk menampilkan nama dan NIM  mahasiswa.  Adapun sketch yang  dibuat sebagai berikut:
void setup () { Serial.begin(9600); }
void loop () { Serial.println(“Nama :Surinia V. Kiri “); Serial.println(“NIM : 1206061010”);
delay (1000);
}
Hasil running sketch untuk menampilkan nama dan NIM pada serial monitor ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Hasil Running Pada Serial Monitor
Program  pengujian  sensor  kelembaban tanah FC-28
Pengujian  sensor  kelembaban  tanah  FC- 28 menggunakan list program sebagai berikut:
Const int PIN_SENSOR = 7; void setup () { Serial.begin(9600); }
void loop () { int dataPin = analogRead(PIN_SENSOR);
Serial.print(“Nilai Kelembaban = “); Serial.println(dataPin);
delay (2000); }

## Program pengujian solenoid valve
Pengujian  rangkaian  solenoid  valve dilakukan  dengan  menggunakan sketch untuk mengubah-ubah output pin  D4  Arduino  dan mengamati keadaan solenoid valve pada logika LOW  dan  HIGH. Sketch di  atas  digunakan adalah sebagai berikut:
const int PIN_SOLENOIDVALVE = 4; void setup () { Serial.begin(9600); pinMode(PIN_SOLENOIDVALVE, OUTPUT);
}
void loop () { digitalWrite(PIN_SOLENOIDVALVE, HIGH); delay(60000); digitalWrite(PIN_SOLENOIDVALVE, LOW); delay(60000);
}

## Pengujian Sistem Secara Keseluruhan
Sistem  irigasi  tetes  dirancang  untuk membaca nilai kelembaban tanah dan mengontrol  solenoid  valve  untuk  menyiram tanaman.  Untuk  mengetahui  integrasi  dari seluruh  blok  yang  dirancang  maka  perlu dilakukan  pengujian  kinerja  sistem  secara keseluruhan. Pengujian sistem secara keseluruhan  meliputi  sistem  catu  daya, input (sensor  kelembaban  tanah  FC-28),  proses kontrol  oleh  Arduino  Nano,  dan output (LED sebagai  lampu  indikator  dan  solenoid  valve). Dengan  melakukan  pengujian  ini,  dapat diketahui apakah sistem mampu bekerja dengan baik. Pengujian sistem secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan
Listing  program  untuk  keseluruhan sistem irigasi tetes ini merupakan gabungan dari baris-baris  program  untuk  setiap  blok  sistem. Listing programnya adalah sebagai berikut: const int PIN_SENSOR = 7; const int PIN_MERAH = 2; const int PIN_HIJAU = 3; const int PIN_SOLENOIDVALVE = 4; void setup () { pinMode(PIN_MERAH, OUTPUT); pinMode(PIN_HIJAU, OUTPUT); pinMode(PIN_SOLENOIDVALVE, OUTPUT);} void loop () { int dataPin = analogRead(PIN_SENSOR); if (dataPin >= 564) { digitalWrite(PIN_MERAH, HIGH); digitalWrite(PIN_HIJAU, LOW); digitalWrite(PIN_SOLENOIDVALVE, HIGH);} else if (dataPin > 242) { digitalWrite(PIN_MERAH, LOW); digitalWrite(PIN_HIJAU, LOW); digitalWrite(PIN_SOLENOIDVALVE, LOW);} else if (dataPin <= 242) { digitalWrite(PIN_MERAH, LOW); digitalWrite(PIN_HIJAU, HIGH); digitalWrite(PIN_SOLENOIDVALVE, LOW);} }
Dengan  mengunggah sketch di  atas  ke Arduino  Nano  yang  telah  terintegrasi  dengan sistem input dan output ,  maka  sistem  irigasi tetes  sudah  mulai  bekerja.  Untuk  melakukan pengujian sistem secara keseluruhan, digunakan 5 buah sampel tanah dengan kadar kelembaban tanah  berbeda  yaitu  0%,  25%,  50%,  75%,  dan 100%.  Proses  pengujian  sistem  diulangi sebanyak 5 kali untuk masing-masing sampel.
Berikut  ini  adalah  data  hasil  pengujian sistem  secara  keseluruhan  disajikan  dalam Tabel 4.
Tabel 4. Hasil Pengujian Sistem Secara Keseluruhan
Berdasarkan hasil pengujian sistem pada Tabel 4, diketahui bahwa sistem dapat berfungsi dengan  baik  pada  kelembaban  tanah  antara  0 hingga  50%.  Pengujian  sampel  0%  dan  25% mewakili keadaan kelembaban tanah di bawah 44,8%.  Pada  kondisi  kelembaban  tanah  0%, LED  merah  menyala  dan  solenoid  valve terbuka.  Demikian  pula  untuk  sampel  kedua dengan kelembaban tanah 25%.
Pada  pengujian  sampel  ketiga  dengan kelembaban  tanah  50%,  tidak  ada  LED  yang menyala,  dan  solenoid  valve  tertutup.  Tetapi, saat pengujian sampel dengan kadar kelembaban  tanah  75%,  terjadi  penyimpangan kerja sistem untuk 2 pengujian pertama. Hal ini dapat  disebabkan  oleh  kurangnya  sensitivitas sensor  kelembaban  tanah  FC-28.  Dapat  pula disebabkan oleh distribusi air yang tidak merata dalam tanah. Sedangkan hasil pengujian untuk sampel terakhir dengan kelembaban tanah 85% sistem bekerja dengan baik.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. Sistem irigasi tetes otomatis telah dirancang dengan baik menggunakan sensor
kelembaban tanah FC-28 sebagai pendeteksi kelembaban tanah dan solenoid valve serta LED sebagai lampu indikator.
2. Arduino  Nano  mengolah  data output dari sensor  kelembaban  tanah  FC-28  dan mengontrol  solenoid  valve  serta  lampu indikator  untuk  kelembaban  tanah  44,8%- 76,5%.
Sistem  irigasi  tetes  otomatis  yang  telah dibuat  masih  memiliki  beberapa  kelemahan. Salah  satunya  adalah  kurangnya  sensitivitas sensor  untuk  membaca  kelembaban  tanah tinggi.  Selain  itu,  sistem  ini  hanya  dapat digunakan untuk satu jenis tanaman serta masih dalam  skala  kecil.  Oleh  karena  itu,  sistem  ini dapat dikembangkan dengan:
1. Menggunakan  sensor  kelembaban  tanah terbaru  dengan  sensitivitas  yang  lebih bagus  dan  memakai  beberapa  buah  sensor agar  ada  perbandingan  dan  sistem  lebih akurat.
2. Membuat  pilihan  untuk  mengatur range kelembaban tanah sehingga dapat diaplikasikan untuk berbagai jenis tanaman.
3. Membuat  sistem  dalam  skala  yang  lebih besar (lebih dari 1 tanaman).
4. Menggunakan alat ini untuk tanaman cabai merah dan melihat pertumbuhannya karena
belum dilakukan pengujian secara langsung.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Abdurachman,  A.,  2008,  Strategi  dan Teknologi  Pengelolaan  Lahan  Kering Mendukung  Pengadaan  Pangan  Nasional, Jurnal Litbang Pertanian, 27, 2, 43-49 .
2. Apriando,  Tommy.,  2014,  Kekeringan
Lahan Pertanian di NTT, From http://www.mongabay.co.id,  Diakses  3 Desember 2015.
3. Tim Penyusun, 2015, Nusa Tenggara Timur dalam  Angka  2015,  Kupang:  Badan  Pusat Statistik
4. Prabowo, Agung., dkk., 2004, Pengelolaan Irigasi  Hemat  Air  di  Lahan  Kering:
Aplikasi Irigasi Tetes dan Curah, Jurnal.
5. Nuryadi, Agus., 2015, Prototipe Penyiraman  Otomatis  Tanaman  Cabai Berbasis Mikrokontroler Atmega16, Skripsi  Jurusan  Teknik  Informatika,  FST Universitas Islam Negeri, Yogyakarta.
6. Rizqiani  Putri,  Ajeng.dkk,  2014,  Rancang
Bangun  Model  Rumah  Kaca  Untuk Tanaman Cabe Dengan Media Pemberitahuan Melalui Twitter, Jurnal.