## 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).

## Technical Paper

## Rancangan Sistem Kendali Kelembaban Tanah Berbasis Mikrokontroler Arduino

## Design of Soil Moisture Control Systems Based on Arduino Microcontroller
Joko Sumarsono, Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian, Institut Pertanian Bogor Program Studi Teknik Pertanian, Universitas Mataram. Email: sumarsonoj@gmail.com Budi Indra Setiawan, Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Email: budindra@yahoo.com
I Dewa Made Subrata, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Email: dewamadesubrata.ipb@gmail.com
Roh Santoso Budi Waspodo, Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Email: rohsbw@yahoo.com
Satyanto Krido Saptomo, Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Email: saptomo@ipb.ac.id
Popi Rejekiningrum, Balai Penelitian Agroklimat dan Hidrologi, Balitbang Pertanian. Email: popirejeki@yahoo.com

## Abstract
Control of soil moisture can save water supply for crops. The soil moisture sensor integrated with the Arduino microcontroller board can be programmed as the control system. Addition of RTC module and SD module tools also make the system as the data logger. The purpose of this research was to developed the irrigation automation system with the control of soil moisture. This system has been integrated with the automation system using the power source of solar energy. Soil texture is sandy clay loam, which is dominated by the sand content of 59.67%. Rainfall during the study was 58.5 mm. The control system with Arduino board, set to keep soil moisture between 0.23 cm 3 cm -3 - 0.30 cm 3 cm -3 . The soil moisture in that range was able to be controlled with this system. Land without agricultural cultivation activities when water resources are limited, can be empowered with the application of irrigation automation systems.
Keywords: automation, data logger, Arduino, soil moisture, solar energy.

## Abstrak
Pengendalian kelembaban tanah dapat menghemat pasokan air untuk tanaman. Sensor kelembaban tanah yang diintegrasikan dengan papan mikrokontroler Arduino dapat diprogram sebagai sistem pengendalian tersebut. Penambahan alat RTC module dan SD module juga menjadikan sistem sebagai data logger . Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan sistem otomatisasi irigasi dengan kendali kelembaban tanah. Sistem ini terintegrasi dengan sistem otomatisasi menggunakan sumber tenaga dari energi surya. Tekstur tanah adalah lempung liat berpasir, yang didominasi oleh kandungan pasir  sebesar  59.67%.  Curah  hujan  selama  penelitian  adalah  58.5  mm.  Sistem  kontrol  dengan  papan Arduino, diatur untuk menjaga kelembaban tanah antara 0.23 cm 3 cm -3 – 0.30 cm 3 cm -3 . Kelembaban tanah pada kisaran tersebut mampu dikontrol dengan sistem ini. Lahan tanpa kegiatan budidaya pertanian pada saat sumber daya air terbatas, dapat diberdayakan dengan aplikasi sistem otomatisasi irigasi.
Kata Kunci: otomatisasi, data logger , arduino, kelembaban tanah, energi surya
Diterima: 1 Februari 2018; Disetujui: 20 Juni 2018
, April 2019
Vol. 7 No. 1, p 17-24
P-ISSN 2407-0475 E-ISSN 2338-8439
Sumarsono, et al.

## Latar Belakang
Matahari, tanah, dan air merupakan komponen yang  penting  untuk  pertumbuhan  tanaman.  Untuk menjaga persediaan air yang tepat untuk tanaman, diperlukan usaha mengatur pasokan untuk tanaman (Hong dan Hsieh 2016). Di lokasi penelitian, untuk mendapatkan air, petani harus membelinya dari pengelola sumur air tanah dalam. Salazar et al. (2013)  menyatakan  bahwa  untuk  beberapa  tahun ke depan air akan menjadi barang berharga dan keberadaannya semakin langka. Penggunaannya yang lebih hemat di bidang pertanian menuntut pengintegrasian dengan teknologi yang lebih canggih.
Mikrokontroler merupakan salah satu teknologi mutakhir yang dapat diterapkan pada bidang pertanian. Dari berbagai macam mikrokontroler, papan mikrokontroler Arduino banyak dikembangkan dengan berbagai alasan seperti yang dikemukaan Koenka et al. (2014)  yang  menyatakan  bahwa papan mikrokontroler Arduino dilengkapi dengan soket agar memungkinkan koneksi yang mudah dari perangkat eksternal ke pin input dan output digital (I/O). Selain perangkat keras, juga dikembangkan perangkat lunak Arduino IDE, yang kompatibel dengan Windows, Mac OS X atau Linux. Perangkat lunak  ini  dirancang  untuk  pengguna  non-pakar yang menyederhanakan langkah editing, kompilasi, dan upload program ke mikrokontroler. Kamogawa dan  Miranda  (2013)  juga  menyatakan  bahwa mikrokontroler ini lebih hemat biaya dibanding dengan mikrokontroler yang lain.
Mikrokontroler dapat digunakan untuk memantau tingkat kelembaban tanah dengan sensor yang terintegrasi  (Kim  dan  Glenn  2017).  Ada  dua pendekatan dasar untuk mengetahui kandungan air dengan sensor kelembaban tanah, tensiometrik atau volumetrik. Sensor volumetrik dirancang untuk memperkirakan  kadar  air  volumetrik  tanah  (VWC) berdasarkan konstanta dielektrik tanah. Dengan
demikian, pengukuran konstanta dielektrik dapat memprediksi  perkiraan  kandungan  air  (McCready et al. 2009). Sistem otomatisasi irigasi pada umumnya terdiri dari papan mikrokontroler, sensor kelembaban tanah, katup solenoid , pompa air, dan relai (Devika et al. 2014).  Papan  Arduino  mampu  mengontrol katup solenoid dalam suatu sistem pengaliran fluida (Kamogawa dan Miranda 2013). Papan arduino juga mampu mengelola beberapa sensor dan berbagai aktuator (Bajer dan Krejcar 2015).
Sistem otomatisasi membutuhkan daya listrik, sedangkan keadaan di lapangan, sumber listrik PLN sulit diperoleh. Menurut data klimatologi, lama penyinaran  matahari  rata-rata  di  lokasi  penelitian adalah  6–10  jam  per  hari,  sehingga  mampu memasok energi pada panel surya. Penggunaan panel surya selain menjadi alternatif sumber listrik mandiri, juga merupakan bentuk keberpihakan terhadap energi terbarukan. Periasamy et al. (2015) meyatakan bahwa energi surya mulai mendapatkan perhatian dengan mulai adanya kebijakan mitigasi perubahan iklim, dan penipisan sumber energi konvensional. Berdasarkan penelitian dari Coates et al. (2013), Panel surya dapat digunakan sebagai sumber tenaga untuk sistem irigasi cerdas yang mampu mengatur buka tutup katup berdasarkan sensor kelembaban tanah yang dikendalikan oleh mikrokontroler.
Sistem kendali ini beroperasi terus menerus selama 24 jam. Penggunaan baterai dalam sistem energi surya, diperlukan untuk keperluan tersebut. Seperti yang telah dilakukan oleh Deveci et al. (2015), pemanfaatan sistem irigasi bertenaga surya yang yang dibantu dengan penyimpanan energi ke dalam baterai, sebagai pengganti sambungan langsung, memberikan kinerja yang lebih baik karena laju alir keluarannya tidak tergantung pada kondisi keberadaan sinar matahari.
Apabila pemberian air untuk tanaman terlalu berlebih, akan mengakibatkan air banyak hilang
Gambar 1. Lokasi penelitian di Desa Pringgabaya Utara, Pringgabaya, Lombok Timur.
karena perkolasi. Sebaliknya jika terlalu sedikit, pertumbuhan tanaman tidak optimal, dengan demikian diperlukan informasi kelembaban tanah optimum  di  lokasi  penelitian.  Menurut  (Botula et al. 2012),  data  retensi  air,  diperlukan  dalam pengelolaan air dan tanah yang terkait dengan masalah pertanian, ekologi, dan lingkungan. Dengan data retensi air, dapat diketahui kemampuan tanah untuk menyimpan air. Data ini diperlukan untuk menentukan batas atas dan batas bawah pengendalian kelembaban tanah, sehingga kelembaban tanah akan selalu berada pada tingkat tersedia untuk tanaman.
Penelitian ini bertujuan mendapatkan program otomatisasi irigasi dan data retensi air, untuk mengembangkan rancangan sistem otomatisasi irigasi yang terintegrasi dengan sistem energi surya. Energi surya digunakan sebagai sumber energi sistem kendali dan pompa air. Diharapkan dengan penerapan sistem ini, kegiatan tanam dengan sumber air terbatas tetap dapat dilakukan.

## Bahan dan Metode
Kondisi Lokasi dan Waktu Penelitian Persiapan penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Sumberdaya Air Departemen Teknik Sipil
dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor pada bulan  April  2014.  Penelitian  lapang  dilakukan  di Desa Pringgabaya Utara, Kecamatan Pringgabaya, Kabupaten Lombok Timur, Nusa Tenggara Barat dari bulan Mei – November 2014. Lokasi penelitian disajikan pada Gambar 1.
Mulai  Januari  –  Nopember  2014,  terjadi  hujan sebanyak 521.5 mm dengan hari hujan sebesar 37 hari. Data hujan mulai Januari hingga Nopember 2014 dapat dilihat pada Tabel 1. Data curah hujan didapatkan  dari  penakar  hujan  (ombrometer) yang dipasang di Dinas Pengairan Kecamatan Pringgabaya yang terletak di Desa Pringgabaya Utara.
Sifat Fisik Tanah Sampel  tanah  diambil  pada  kedalaman  0–15 cm  dan  15–30  cm.  Berdasarkan  hasil  analisis sampel tanah, didapatkan hasil tekstur tanah berupa  lempung  liat  berpasir  ( sandy clay loam ). Hasil analisis sifat fisik tanah pada lahan penelitian terlihat pada Tabel 2.
Berdasarkan  hasil  analisis  sifat  fisik  tanah, nilai pF dan kadar air tanah disimulasikan dengan persamaan Van Genuchten, dan diperoleh kurva retensi air tanah, seperti terlihat pada Gambar 2.
Berdasarkan simulasi Van Genuchten, didapatkan nilai parameter kelembaban tanah residu  0.144  cm 3 cm -3 , kelembaban tanah jenuh 0.606 cm 3 cm -3 , α=7.65 cm -1 , m =0.23, n =1.31.
Alat dan Bahan Alat-alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini digolongkan dalam dua bagian, yaitu perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras yang digunakan antara lain: tabung Mariotte, pipa PVC, meteran air, emiter, papan mikrokontroler Arduino Uno,  relai,  katup solenoid 0 bar, voltage doubler ,
Tabel 1. Data curah hujan Desa Pringgabaya Utara.
Bulan Jan Peb Mar Apr Mei Jun  Jul Agt Sep Okt Nop Curah hujan 109 160 110 84 0 1.5 39 4 0 0 14 Hari hujan  7 9 8 6 1 1 3 1 0 0 1 782 1483 Sifat fisika tanah Unit  Hasil analisis Tekstur Pasir % 59.67 Liat % 21.83 Debu % 18.50 Pori drainase cepat cm 3 cm -3 0.07 Pori drainase lambat cm 3 cm -3 0.25 Air tersedia cm 3 cm -3 0.11 Field WC cm 3 cm -3 0.34 Porositas cm 3 cm -3 0.60
Bulk Density
g cm -3 1.00 Particle Density g cm -3 2.50 Permeabilitas cm h -1 4.11 Kadar Air pF= 0.0 cm 3 cm -3 0.60
pF= 1.0 cm 3 cm -3 0.52
pF= 2.0 cm 3 cm -3 0.35 pF= 2.5 cm 3 cm -3 0.29 pF= 4.2 cm 3 cm -3 0.19
Tabel 2. Hasil analisis laboratorium terhadap sampel tanah.
Sumarsono, et al.
layar LCD 16×2, RTC module , SD module , sensor kelembaban tanah vegetronix VH400, panel surya 100WP, charge regulator , power inverter , baterai 12V, pompa air, komputer. Perangkat lunak yang digunakan adalah software Arduino v.1.5.4.
Sistem Otomatisasi Irigasi Sistem otomatisasi menggunakan rangkaian mikrokontroler arduino, katup solenoid dan sensor kelembaban tanah. Sistem otomatisasi irigasi ini bekerja dengan menggunakan sistem kendali berbasis mikrokontroler yang telah diprogram untuk melakukan pengaturan irigasi, yang algoritmanya seperti pada Gambar 3.
Otomatisasi irigasi mengatur apabila kelembaban tanah mencapai set point atas, maka katup solenoid tertutup, dan apabila kelembaban tanah turun mencapai set point bawah, maka katup solenoid terbuka.
Prosedur Kerja Sensor  kelembaban  tanah  vegetronix  VH400 ditempatkan pada kedalaman 20 cm, sekitar daerah perakaran. Sensor ini dihubungkan dengan papan mikrokontroler Arduino yang ditempatkan di dalam box besi bersama dengan komponen RTC module , SD module , layar LCD, relai, voltage doubler . Untuk panel surya, solar charge controller , baterai ditempatkan di dalam bangunan samping lahan penelitian. Katup Solenoid ditempatkan antara tabung Mariotte dan meteran air. Program otomatisasi irigasi yang berada di komputer, diunggah ke mikrokontroler dengan koneksi  USB.  Pembacaan  waktu  komputer otomatis  akan  dimasukkan  ke  RTC module . Nilai kelembaban tanah diatur dengan nilai analog digital converter (ADC)  batas  atas  dan  batas bawah yang disesuaikan dengan data retensi tanah  dan  management  allowable  deficit  (MAD) yang ditetapkan. Nilai ini dibaca oleh sensor setiap 10  detik.  Otomatisasi  irigasi  bekerja  berdasarkan bacaan nilai kelembaban tanah setiap waktu oleh sensor kelembaban tanah.
Untuk  mempermudah  pembacaan  grafik sensor kelembaban tanah, maka hasil pembacaan diolah lebih lanjut dengan metode Filter Kalman. Menurut  Rudiyanto  et  al.  (2006),  pengolahan
Gambar 3. Algoritma otomatisasi irigasi.
Gambar 4. Rangkaian sistem otomatisasi irigasi.
Volume 7, 2019
data menggunakan Filter Kalman, diperlukan penentuan nilai kovarian gangguan pada proses ( Q ),  dan  kovarian  ganguan  pada  data  ( R ).  Untuk pengolahan data pembacaan sensor kelembaban tanah, digunakan nilai Q =0.000002, dan R =0.001.

## Hasil dan Pembahasan
Rangkaian Struktural dan Fungsional Sistem Otomatisasi Irigasi
Rangkaian  struktural  dari  sistem  otomatisasi irigasi dapat dilihat pada Gambar 4.
Mikrokontroler  Arduino  Uno  R3  yang  berbasis chip  ATmega328P,  memiliki  14  pin  input/output digital dan 6 pin input analog (Banzi 2011). Tegangan input yang direkomendasikan adalah 7V–12V DC. Untuk  sensor  kelembaban  tanah  dihubungkan dengan pin analog, sedangkan untuk layar lcd, data logger, relai dengan pin digital.
Sensor kelembaban tanah yang digunakan adalah  Vegetronix  VH400,  yang  berdaya  relatif rendah (< 7mA) dan tahan korosi. Sensor diletakkan di sekitar daerah perakaran. Tegangan output sebanding dengan tingkat kelembaban tanah (Vegetronix  2017).  Hubungan  antara  tegangan output dan nilai kelembaban tanah, tersaji pada Gambar  5.  Hasil  pembacaan  nilai  kelembaban tanah, masuk ke mikrokontroler sebagai nilai ADC. Berdasarkan data laboratorium, kapasitas lapang terjadi pada kelembaban tanah 29.2% dan titik layu permanen 18.9%. Namun di lapangan, saat tanah jenuh  air,  pembacaan  sensor  (nilai  ADC)  adalah 330  ekivalen  kelembaban  tanah  30%,  sehingga nilai ini ditetapkan sebagai batas atas. Management allowable  deficit  (MAD)  ditetapkan  sebesar  60%, sehingga sebagai batas bawah ditetapkan nilai sensor  300  yang  ekivalen  dengan  kelembaban tanah sebesar 23%.
Sebagai data logger, digunakan SD card shield yang merupakan penyimpan data ke memori SD card , dan Real  Time  Clock ( RTC ) shield yang merupakan pencatat waktu. Integrasi kedua komponen tersebut menghasilkan data yang berbasis waktu.
Untuk  mengoperasikan  katup solenoid dari mikrokontroler, digunakanlah relai. Tampilan pembacaan sensor terlihat pada LCD matrix 16×2 yang dihubungkan dengan pin digital mikrokontroler.
Program Arduino Sistem Otomatisasi Irigasi Perangkat lunak yang digunakan untuk otomatisasi  irigasi  adalah  Arduino  IDE  v.1.5.4. Struktur bahasa program dibagi menjadi 3 bagian, yaitu bagian deklarasi awal, setup, dan loop. Pada sistem ini, program dibuat untuk mengatur layar lcd, sensor, relai dan data logger (RTC dan SD). Perangkat lunak yang digunakan untuk otomatisasi irigasi adalah Arduino v.1.5.4. Struktur bahasa  program  dibagi  menjadi  3  bagian,  yaitu
bagian deklarasi awal, setup, dan loop. Bagian deklarasi awal digunakan untuk mendeskripsikan variabel-variabel  yang  akan  digunakan  dalam program utama dan juga untuk menambahkan file- file  program  yang  dibutuhkan  untuk  menjalankan program utama. File tersebut biasanya dikenal dengan istilah library , yaitu sekumpulan kode program  yang  dapat  mengeksekusi  perintah- perintah tertentu berdasarkan fungsi dan prosedur yang dibangun. Pada bagian ini dituliskan perintah memanggil lima library yang dibutuhkan, antara lain yaitu Wire.h yang merupakan library RTC dan I2C  LCD,  RTClib.h library RTC, LiquidCrystal_ I2C.h library I2C LCD, SPI .h dan SD .h library SD. Alamat layar LCD diset sebagai LiquidCrystal_I2C LCD(0x27,16.2).  Variabel  SD,  RTC,  relai,  katup solenoid , set poin atas, dan set poin bawah diset dataFile, RTC, relay, solenoid, sa, dan sb. Set poin atas dan bawah sensor kelembaban tanah diset nilai ADCnya.
Bagian setup hanya dijalankan sekali saja yaitu pada saat awal program dijalankan atau ketika program di reset . Bagian ini diawali dengan membuka port serial dengan baud rate 9600 bps. Kemudian dilanjutkan dengan menginisiasi pin untuk relai pada pin digital 6. Selain itu library RTC dan LCD juga diinisiasi. Selanjutnya mengecek nyala LCD dengan menghidupkan lampu LCD dan keberadaan SD card pada komponen SD card module . Jika SD card tidak ditemukan, maka program akan berhenti. Nama file tempat menyimpan data harus
(a)
Gambar 5. Kurva sensor kelembaban tanah vegetronix VH400 (a) VWC terhadap tegangan (b) tegangan terhadap VWC.
(b)
Sumarsono, et al.
sama dengan nama file yang tertulis pada program arduino, yang dalam kasus ini ditentukan bernama datalog.csv.  Jika  keberadaan  file  tersebut  di  SD card tidak ditemukan, maka program juga berhenti.
Bagian loop digunakan untuk menjalankan suatu  siklus  program,  yang  akan  dilakukan  terus- menerus  hingga  Arduino  mati/ reset . Pada baris awal  ditentukan  nilai  waktu  (tanggal  dan  jam) RTC yang disesuaikan dengan waktu yang ada di komputer, saat pertama kali program di upload dari komputer ke papan Arduino. Jika tidak terhubung dengan komputer, maka nilai waktu sesuai dengan yang  sudah  tersimpan  di  RTC.  Baris  berikutnya menentukan pin pembacaan sensor kelembaban tanah yaitu pin A0 dan A1. Kondisi pembukaan katup solenoid , ditentukan dengan kondisi pembacaan ADC sensor kelembaban tanah. Jika nilai ADC di bawah set poin bawah, maka akan membuka, dan jika sudah melewati set poin atas akan menutup. Perintah penulisan data pada file mengikuti format: tanggal/bulan/tahun;jam:menit:detik;katup solenoid buka atau tutup;bacaan sensor 1;bacaan sensor 2;batas bawah;batas atas. Perintah penulisan data diakhiri dengan flush(). Perintah ini berguna untuk mengakhiri perintah penulisan data, sekaligus mengosongkan data pembacaan sebelumnya ditempatkan pada buffer . Pengulangan perintah pada bagian ini dilakukan setiap 20 detik. Program yang ditulis tampak sederhana dan mudah dipahami dibanding menggunakan pemrograman mikrokontroler lainnya. Hal ini karena  adanya  file library yang telah disediakan oleh produsen komponen pendukung ataupun
diunduh dari situs komunitas pengguna Arduino. Keunggulan lain adalah perangkat lunak Arduino IDE dipublikasikan secara gratis.
Kinerja Sistem Otomatisasi Irigasi Pada areal penelitian, tidak terdapat aliran listrik dari PLN. Sebagai sumber tenaga untuk sistem otomatisasi, digunakan satu buah panel surya monokristal dengan daya 100WP. Listrik yang dihasilkan panel surya, diteruskan ke charge controler kemudian disimpan di akumulator. Dari akumulator inilah, listrik akan memberikan tenaga ke mikrokontroler Arduino untuk mengendalikan sistem otomatisasi irigasi. Sistem yang terintegrasi dengan sistem energi surya dapat dilihat pada Gambar 6.
Sistem irigasi otomatis akan membuka pasokan air dari tabung mariotte ke lahan hingga terhentinya pasokan dengan menutupnya solenoid valve , saat kelembaban tanah mencapai kondisi optimum. Jika kelembaban tanah berkurang hingga batas bawah, katup solenoid akan membuka kembali untuk mengalirkan air kembali. Sensor kelembaban tanah ditempatkan pada daerah perakaran tanaman yang berada di ujung pipa lateral. Di saat kelembaban tanah mencapai batas bawah, sistem irigasi akan mengalirkan air. Namun karena air akan mengairi tanaman yang lebih dekat dengan tabung mariotte terlebih dahulu, maka saat air sudah mencapai ujung pipa lateral, kelembaban tanah di sekitar sensor sudah di bawah batas bawah seperti terlihat pada  Gambar  7.  Begitu  juga  saat  kelembaban tanah sudah mencapai batas atas, sistem irigasi
Gambar 6. Integrasi sistem otomatisasi irigasi dengan sistem tenaga surya.
Volume 7, 2019
akan menutup pasokan air. Saat solenoid valve menutup, air di dalam pipa masih terisi, sehingga sampai beberapa saat, air di dalam pipa masih mengalir memasok daerah perakaran hingga air di dalam pipa habis. Hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 7, bahwa kelembaban tanah masih dapat dipertahankan di kapasitas lapang hingga beberapa saat sampai pada kondisi air dalam pipa habis, kemudian kelembaban tanah mulai menurun kembali.
Selama penelitian, sistem irigasi ini tidak pernah dilepas, hingga tanaman Cabai berhasil panen. Tanpa adanya irigasi, umumnya daerah di sekitar penelitian dibiarkan untuk tidak ditanami, karena solum tanah yang sangat tipis hingga kurang dari 5cm.  Irigasi  permukaan  yang  pernah  dilakukan banyak memerlukan air dengan biaya relatif mahal. Irigasi tersebut hanya bertahan 3-4 hari, sehingga harus dilakukan irigasi 2 kali seminggu.
Penerapan sistem otomatisasi irigasi pada lahan terbatas sumber daya air, mengubah kegiatan pertanian yang pada saat musim kemarau tidak dapat menanam, menjadi dapat diberdayakan dengan kegiatan penanaman dengan penggunaan air yang relatif hemat.

## Simpulan
Sistem otomatisasi irigasi berhasil dibuat dengan sistem kendali kelembaban tanah berbasis mikrokontroler Arduino. Berdasarkan data retensi tanah, kisaran ketersediaan air untuk tanaman berada pada kisaran 0.19 cm 3 cm -3 – 0.29 cm 3 cm -3 . Sistem otomatisasi dapat membuka katup solenoid saat  kelembaban  tanah  mencapai  0.23  cm 3 cm -3 dan menutup saat kelembaban tanah yang naik telah mencapai 0.30 cm 3 cm -3 . Dengan mekanisme
Gambar 7. Sistem otomatis membuka dan menutup katup solenoid .
Sumarsono, et al.
tersebut, kelembaban tanah selalu terjaga dalam kisaran  air  tersedia  yaitu  antara  pF2.54–pF4.2. Sistem ini dapat beroperasi selama 24 jam dengan bersumber tenaga dari sistem energi surya. Pemrograman otomatisasi irigasi menggunakan perangkat lunak Arduino IDE, yang ditanam pada papan mikrokontroler Arduino, relatif lebih ringkas dibanding menggunakan perangkat lunak lain. Dengan penerapan otomatisasi sistem irigasi, lahan dengan kondisi keterbatasan ketersediaan air, dapat diberdayakan dengan kegiatan budidaya pertanian.

## Ucapan Terima Kasih
Terima kasih disampaikan kepada Proyek Penelitian KKP3N Based Contract IPB 2013 yang telah menyediakan dana penelitian melalui kontrak nomor: 701/LB.620/ I.1/2/2013 tanggal 25 Pebruari 2013  dan  61/PL.220/I.1/3/2014  Tanggal  10  Maret 2014.

## Daftar Pustaka
Bajer, L., O. Krejcar. 2015. Design and realization of low cost control for greenhouse environment with remote  control.  IFAC-PapersOnLine  vol.  48(4): 368-373. doi: 10.1016/j.ifacol.2015.07.062. Banzi, M. 2011. Getting Started with Arduino, 2nd Edition. Maker Media. Sebastopol CA (US). Botula,  Y-D,  W.  Cornelis,  G.  Baert,  E.V.  Ranst. 2012. Evaluation of pedotransfer functions for predicting water retention of soils in Lower Congo (DR Congo). Agricultural water management vol. 111: 1-10.
Coates, R.W., M.J. Delwiche, A. Broad, M. Holler. 2013.  Wireless  sensor  network  with  irrigation valve control. Computers and electronics in  agriculture  vol.  96:  13-22.  doi:  10.1016/j. compag.2013.04.013.
Deveci, O., M. Onkol, H.O. Unver, Z. Ozturk. 2015. Design  and  development  of  a  low-cost  solar powered drip irrigation system using Systems Modeling Language. Journal of Cleaner Production  vol.  102:  529-544.  doi:  10.1016/j. jclepro.2015.04.124.
Devika, S., S. Khamuruddeen, S. Khamurunnisa, J. Thota, K. Shaik. 2014. Arduino based automatic plant watering system. International Journal of Advanced  Research  in  Computer  Science  and Software Engineering vol. 4(10): 449-456.
Hong,  G-Z,  C-L.  Hsieh.  2016.  Application  of Integrated Control Strategy and Bluetooth for Irrigating  Romaine  Lettuce  in  Greenhouse. IFAC-PapersOnLine  vol.  49(16):  381-386.  doi: 10.1016/j.ifacol.2016.10.070.
Kamogawa,  M.Y.,  J.C.  Miranda.  2013.  Use  of" Arduino"  open  source  hardware  for  solenoid device  actuation  in  flow  analysis  systems. Quimica  Nova  vol.  36(8):  1232-1235.  doi: 10.1590/S0100-40422013000800023 Kim,  J.Y.,  D.M.  Glenn.  2017.  Multi-modal  sensor system for plant water stress assessment. Computers and Electronics in Agriculture vol.141: 27-34. doi: 10.1016/j.compag.2017.07.009. Koenka,  I.J.,  J.Sáiz,  P.C.  Hauser.  2014. Instrumentino: An open-source modular Python framework for controlling Arduino based experimental  instruments.  Computer  Physics Communications  vol.  185(10):  2724-2729.  doi: 10.1016/j.cpc.2014.06.007.
McCready, M., M. Dukes, G. Miller. 2009. Water conservation potential of smart irrigation controllers on St. Augustinegrass. Agricultural Water Management vol. 96(11): 1623-1632. doi: 10.1016/j.agwat.2009.06.007.
Periasamy,  P.,  N.  Jain,  I.  Singh.  2015.  A  review on development of photovoltaic water pumping system.  Renewable  and  Sustainable  Energy Reviews  vol.  43:  918-925.  doi:  10.1016/j. rser.2014.11.019.
Rudiyanto,  B.I.  Setiawan,  S.K.  Saptomo.  2006. Algoritma Filter Kalman untuk Menghaluskan Data Pengukuran. Jurnal Keteknikan Pertanian vol. 20(3): 287-292.
Salazar,  R.,  J.  Rangel,  C.  Pinzó,  A.  Rodríguez. 2013.  Irrigation  system  through  intelligent agents implemented with arduino technology. ADCAIJ: Advances in Distributed Computing and Artificial Intelligence Journual vol. 1(6): 29- 36. doi: 10.14201/ADCAIJ2014262936.
[Vegetronix]  Vegetronix  Inc.  2017.  VH400  Soil Moisture Sensor Probes. [diunduh 2017 Agustus 12]  tersedia  pada  http://www.vegetronix.com/ Products/VH400/.