## Jurnal Pendidikan Fisika dan Sains (JPFS)
Journal homepage: http:// journal.unucirebon.ac.id/index.php/jpfs
Sistem Kontrol dan Monitoring  Kadar Nutrisi Pada Vertikal Akuaponik Berbasis Arduino Nano
Muhammad Zukir 1 , Yoana Nurul Asri 2
1 Listrik Pesawat, Fakultas Teknik Universitas Nurtanio
2 Avionika, Fakultas Teknik Universitas Nurtanio
* ynurulasri@gmail.com
DOI: 10.52188/jpfs.v5i2.296
Accepted: 6 September 2022 Approved: 29 September 2022  Published: 30 September 2022

## ABSTRAK
Vertikal  akuaponik  merupakan  gabungan  dari  akuakultur,  yaitu  membudidayakan  ikan  dan hewan  air  lainnya,  dan  hidroponik  yang  menanam  tanaman  tanpa  tanah  secara  vertikal. Sistem  ini menggunakan  keduanya  dalam  kombinasi  simbiosis  di  mana  tanaman  diberi  makan  berupa  limbah hewan air. Dalam  aquaponik, tanaman ditanam di bedengan, dan ikan ditempatkan di tangki ikan. Air yang kaya nutrisi dari tangki ikan yang berisi kotoran ikan diumpankan ke tempat tumbuh, di mana miliaran  bakteri  menguntungkan  yang  terjadi  secara  alami  memecah  amonia  menjadi  nitrit  dan kemudian  menjadi  nitrat.  Tanaman  menyerap  nitrat  ini  dan  nutrisi  lain  untuk  membantu  mereka tumbuh. Akar tanaman membersihkan dan menyaring air sebelum mengalir kembali ke tangki ikan agar ikan dapat hidup. Air segar, bersih, dan beroksigen bersirkulasi kembali ke tangki ikan, di mana siklus akan  dimulai  lagi.  Salah  satu  cara  untuk  mendapatkan  hasil  maksimal  dari  vertikal  akuaponik  ialah menjaga  kadar  nutrisi  di  dalam  media  air.  Sistem  dirancang  menggunakan  sensor  TDS  meter  yang berfungsi  sebagai  pengamat  kadar  nutrisi  pada  larutan.  Berdasarkan  hasil  pengujian  sensor  maka keakuratannya mendekati 93%. Dalam sistem ini diuji coba dengan tiga jenis larutan yang berbeda.
Kata kunci: vertikal akuaponik, nutrisi, TDS meter

## ABSTRACT
Vertical aquaponics is a combination of aquaculture, which is the cultivation of fish and other aquatic animals, and hydroponics, which grows plants without soil vertically. This system uses the two in a symbiotic combination where the plants are fed with aquatic animal waste. In aquaponics, plants are grown in beds, and fish are placed in fish tanks. The nutrient-rich water from fish tanks filled with fish waste is fed to the grow place, where billions of naturally occurring beneficial bacteria break down ammonia into nitrite and then into nitrate. Plants absorb these nitrates and other nutrients to help them grow. The plant roots clean and filter the water before it flows back into the fish tank for the fish to live. Fresh, clean and oxygenated water circulates back to the fish tank, where the cycle begins again. One way to get the most out of vertical aquaponics is to maintain nutrient levels in the water medium. The system is designed using a TDS meter sensor that functions as an observer of nutrient levels in the solution. Based on the results of sensor testing, the accuracy is close to 93%. In this system, it was tested with three different types of solutions.
Keyword : vertical aquaponics, nutrition, TDS meter
@2022 Pendidikan Fisika FKIP Universitas Nahdlatul Ulama Cirebon ________________________________________________________________________________ P PENDAHULUAN
Kemandirian pangan dan protein hewani menjadi salah satu solusi bagi permasalahan saat ini dimana pemenuhan kedua hal tersebut tetap dapat terpenuhi tanpa adanya kekhawatiran akan terbatasnya lahan atau tenik pemelihraaannya. Sistem akuaponik dapat menghasilkan dua produk sekaligus yakni sayur dan ikan. Sayuran segar dan ikan sebagai sumber protein pada daerah-daerah kering dan ketersediaan lahan terbatas sangat cocok diterapkan pada vertikal akuaponik (Erlangga et all ,2021)(Rahayu et all , 2018).
Sistem  monitoring  akuaponik  ini  dikembangkan  karena  terdorong  oleh  kenyataan bahwa masih sedikitnya sentuhan teknologi pada praktik agrobisnis di negeri kita. Terutama pada lapisan petani kebanyakan, sehingga efisiensi dan produktifitasnya jauh tertinggal bila dibandingkan dengan negara tetangga. Makin sempit dan mahalnya lahan pertanian, serta issue globalisasi dan pasar bebas akan semakin menjepit masyarakat petani di negeri ini jika tidak ada  usaha  –  usaha  untuk  mengantisipasi  (Perteka et  al ,  2020).  Sistem  akuaponik  ini menggabungkan  budidaya  ikan  dengan  bercocok  tanam  tanpa  menggunakan  tanah  dapat menjadi salah satu petunjuk ataupun pembuka wawasan petani agar bisa menerapkan teknologi yang tidak begitu rumit tapi bisa meningkatkan efisiensi, produktivitas, dan daya saing secara signifikan, sehingga pada akhirnya akan meningkatkan pendapatan dan taraf hidup petani kita. Selain  itu  gabungan  antara  tanaman  dan  budidaya  ikan  menjadi  daya  tarik  tersendiri. Mewujudkan swasembada pangan dan protein hewani melalui sistem akuaponik.
Akuaponik  merupakan  suatu  sistem  terpadu  antara  akuakultur  dengan  hidroponik. Akukultur sendiri bisa diartikan sebagai budidaya ikan secara intensif dalam suatu lingkungan terkontrol,  sedangkan  hidroponik  adalah  bercocok  tanam  tanpa  menggunakan  media  tanah dengan  cara  mencukupi  kebutuhan  larutan  nutrisi  yang  diperlukan  oleh  tanaman.  Didalam akuaponik, larutan nutrisi yang dibutuhkan oleh tanaman di dapat dari hasil peruraian limbah kotoran sisa – sisa metabolisme ikan. Sedangkan bagi unit akuakulturnya, tanaman bertindak sebagai filter pembersih limbah yang sangat penting bagi kelangsungan hidup ikan didalam kolam pemeliharaan.

## METODE
Metode yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan metode eksperimental yaitu dengan menggunakan  wadah  akuaponik  yang  nantinya  akan  dilaksanakan  pemantauan  mengenai kualitas air (menggunakan air mineral, air garam, dan air larutan mix ab) dan suhu. Metode eksperimen tersebut terdiri dari beberapa bagian diantaranya yaitu
1. Pelaksanaan awal
Dalam pelaksanaan awal kita mempersiapan design dengan bentuk vertikal akuaponik dikarenakan bentuk seperti ini tidak memerlukan banyak tempat. Selain itu kita pun menyiapkan beberapa komponen diantaranya seperti arduino nano sebagai pusat atau pengatur pemrograman yang akan dijalankan. Ada beberapa tahapan dari arduin nano itu sendiri diantaranya yaitu input data pemrograman, pembacaan sensor, pengolahan data, dan output data yang ditamplkan di display LCD. Sensor TDS sebagai monitoring kualitas  air,  sensor  suhu  sebagai  monitoring  suhu  kualitas  air,  LCD  yaitu  untuk menampikan hasil output yang dihasilkan dari penglahan data serta pembacaan sensor pada arduino nano. Vertikal akuaponik ini menggabungkan tempat tanaman dan benih ikan.  Hal  ini  akan  saling  menguntungkan  diantara  keduanya  karena  kotoran  ikan disalurkan  melalui  pompa  yang  terhubung  dengan  selang  ke  bagian  hidroponikyang nantinya akan menjadi pupuk bagi tanaman hidroponik. Selanjutnya sisa-sisa tanaman
atau akar kecil dari tanaman hidroponik akan terbawa oleh air atau ember dimana ember tersebut terdapat ikan, yang akhirnya sisa-sisa tanaman tersebut dapat menjadi pakan ikan.
2. Observasi pengamatan Dalam observasi pengamatan terhadap kualitas air dan suhu air pada akuaponik. Pada kualitas  air  kita  mengamati  dan  membandingkan  kualitas  air  tersebut  dengan menggunakan  sensor  TDS  dengan  TDS  meter.  Dalam  pengamatan  kualitas  air menggunakan tiga jenis larutan yakni air mineral, air garam, dan air mix aB. Untuk mengetahui  apakah  hasilnya  sama  atau  berbeda.  Kemudian  yang  terakhir  ialah pengamatan suhu air dengan membandingkan melalui sensor suhu dan termometer.
3. Uji fungsi dan Hasil
Uji fungsi dan hasil dipaparkan dalam bahasan selanjutnya
Gambar 1. Diagram Skematik
Penelitian  alat  monitoring  kadar  nutrisi  dan  kualitas  air  pada   budidaya  akuaponik menggunakan pemograman  arduino sangat penting dilakukan untuk  mengeksekusi perintah yang  dikehendaki  pada   rangkaian  Arduino  Nano  (Arasada,  2017)  (Desmira,  2018).  Saat hardware  dimasukkan tegangan dalam hal ini catu daya,  mikrokontroller akan memulai proses inisialisasi  input maupun output serta variabel yang  dibutuhkan. Data yang masuk ke dalam Arduino Nano selanjutnya diolah.
Mulai  dari - pelaksanaan  awal  (Mulai),  Inisialisasi  sensor,  Input  data  sensor,  Analisis data, - Mengkonversi data, Deklarasi receiver, Pengiriman data, Akhir (Selesai). Terdiri dari 6 tahapan yakni perencanaan, analisis, desain, implementasi, uji coba dan pemeliharaan. Pada tahapan perencanaan ialah untuk mengidentifikasi masalah dan kebutuhan sistem, pada tahap analisis ialah kualitas air pada sistem akuaponik dari waktu ke waktu secara optimal. Tahap desain  ialah  membuat  alat  sefisien  mungkin  yang  ramah  lingkungan.  Tahap  implementasi
dengan  dilakukan  bahasa  pemrograman,  instalasi,  demonstrasi  dan  penerapan  sistem.  Dan tahap terakhir yakni uji coba dan maintenance.
Gambar 2. Design Prototype
Pembuatan - prototype  kontrol  dan  monitoring  kadar  nutrisi  kualitas  air - pada - budidaya akuaponik  ini  terdiri  dari   perancangan - software  dan  perancangan  hardware.   Perancangan software ini menggunakan - Sofware - Arduino - Nano yang dapat dijalankan pada sistem  operasi berbasis - Mikrokontroler. Sumber menggunakan panel surya. Parameter yang di ukur adalah sensor suhu air dan sensor TDS, yang ditampilkan melalui LCD 20 × 4. Perancangan perangkat keras terdiri dari  sistem - kontrol yaitu Arduino yang bertugas sebagai - pengendali sensor serta melakukan  pengolahan  data.  Adapun  penggunakan  Arduino  sebagai  pengolah   data,  sensor TDS, dan sensor - suhu air waterproof.

## HASIL
Pengujian Pengujian Sensor  DHT22 (oC) Ke - Sensor DHT22 Termometer Error Square Error 1 29.0 29.0 0 0 2 28.8 28.7 0.1 0.01 3 28.6 28.7 -0.1 0.01 4 28.7 28.9 0.2 0.04 5 28.8 28.9 -0.1 0.01 6 28.8 28.8 0 0 7 29.0 28.8 0.2 0.04 8 28.7 29.0 .-0.3 0.09
9 28.6 28.6 0 0 10 28.7 28.7 0 0 Jumlah Square Error 0.20 Jumlah Data 10 Root Mean Squared Error (RMSE) 0.14

## Uji Fungsi Dan Kalibrasi Sensor TDS
Pengujian - sensor TDS dengan TDS meter dilakukan untuk mengetahui perbandingan nilai yang dihasilkan oleh sensor TDS dengan TDS meter.
Pengujian Pengujian Sensor TDS Ke - Sensor TDS TDS meter Larutan Error Square Error 1 312 313 Mineral -1 1 2 721 736 Garam -15 225 3 1098 1113 Mix AB -15 225 4 279 293 Mineral -14 196 5 656 674 Garam -18 324 6 1089 1108 Mix AB -19 361 7 291 301 Mineral -10 100 8 660 678 Garam -18 324 9 1090 1097 Mix AB -7 49 10 289 301 Mineral -12 144 Jumlah Square Error 1949 Jumlah Data 10 Root Mean Squared Error (RMSE) 13.9

## PEMBAHASAN

## Hasil Uji Fungsi Dan Kalibrasi Sensor DHT22
Pengujian  perbandingan  dilakukan  pada - ruangan  yang  tertutup  sehingga  nilai  yang didapatkan  lebih  akurat.  Hasil  dari  pengujian  yang  dilakukan  didapatkan  bahwa  nilai  yang dihasilkan oleh sensor dht22 lebih besar dibandingkan nilai yang dihasilkan oleh thermometer digital. Perbandingan yang dihasilkan - mendapatkan nilai rata-rata kegagalan atau Root Mean Squared Error (RSME) sebesar 0.14 yang berarti nilai perkiraan hampir mendekati dengan nilai aslinya.

## Hasil Uji Fungsi Dan Kalibrasi Sensor TDS
Pengujian  yang  didapat  dengan  menggunakan  sensor  TDS  dan  TDS  meter  sebagai perbandingan nilai yang dihasilkan dengan menggunakan media larutan mineral, garam, dan
mix AB sebagai perbandingan pembacaan nilai TDS. Pembacaan nilai yang dihasilkan oleh sensor  TDS  lebih  kecil  dari  nilai  yang  dihasilkan  oleh  TDS  meter.  Hal  ini  sejalan  dengan penelitian dari Cahyani (Cahyani, 2016). Selain itu dari ketiga media yang digunakan yang mengalami persentase paling sedikit kegagalan adalah media larutan mineral hanya berkisaran 1 - 14 ppm. Dari keseluruhan pengujian didapatkan Root Mean Squaed Error (RMSE) sebesar 13.9% dengan keakuratan 93%.

## KESIMPULAN

## Hasil dari pengujian yang dilakukan didapatkan kesimpulan diantara lain
1. Nilai yang dihasilkan oleh sensor dht22 lebih besar dibandingkan nilai yang dihasilkan oleh thermometer digital.
2. Pembacaan - nilai yang dihasilkan oleh sensor TDS lebih lebih kecil dibandingkan nilai yang  dihasilkan  oleh  TDS  meter,  hal  ini  dari  ketiga  media  yang  digunakan  yang mengalami  persentase  paling  sedikit  kegagalan  adalah  media  larutan  mineral  hanya berkisaran 1 - 14 ppm. Dengan RMSE sebesar 13.9%.

## REFERENSI
Arasada B, Suprianto B. (2017). Aplikasi Sensor Ultrasonik Untuk Deteksi Posisi Jarak Pada Ruang Menggunakan Arduino Uno. Jurnal Teknik Elektro. 2017;6.
Cahyani H, Harmadi, Wildian. (2016). Pengembangan Alat Ukur Total Dissolved Solid (TDS)
Berbasis Mikrokontroler Dengan Beberapa Variasi Bentuk Sensor Konduktivitas. Jurnal Fisika Unand.
Desmira, Aribowo D, Pratama R. (2018). Penerapan Sensor pH Pada Area Elektrolizer Di PT.
Sulfindo Adiusaha. Jurnal PROSISKO. 2018;5.
Dirgantara, Erlangga., Arifuddin, Rahman., Mujahidin, Irfan (2021). Monitoring Akuaponik dengan Android untuk Meningkatkan Minat Masyarakat dalam Bercocok Tanam di Kecamatan Porong. Jurnal Pengabdian Masyarakat Universitas Merdeka Malang.6(1)
Perteka,  Putu  D.,  Piarsa,  I.N.,  Wibawa,  Kadek  S.  (2020).  Sistem  Kontrol  dan  Monitoring  Tanaman Hidroponik Berbasis Internet of Things. 8 (3).
Rahayu, N., Utami, W. S., & Razabi, M. M. (2018). Rancang bangun sistem kontrol dan pemantauan aquaponic berbasis IoT pada Kelurahan Kutajaya. Innovative Creative and Information Technology , 4 (2), 192–201.