## Rancang Bangun Sistem Pengontrol Kelembaban Tanah Pertanian Sayur Pakcoy dan Sawi
1 Muhamad Kevin Novan, 1 Galih Setyawan *)
1 Departemen Teknik Elektro dan Informatika, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, Indonesia
*) galih.setyawan@ugm.ac.id

## Abstrak
Sawi dan Pakcoy merupakan jenis tanaman yang sama yaitu Brassicaceae . Pada budidaya  sawi dan pakcoy membutuhkan air cukup banyak untuk pembudidayaannya. Penanaman sawi dan pakcoy masih menggunakan musim penghujan, karena metode yang digunakan tradisional. Maka diperlukan sistem yang dapat mengontrol dan memonitor tingkat kelembaban tanah pada media budidaya sawi dan pakcoy. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang, menganalisis hasil nilai kalibrasi dan  pengujian,  serta  mengimplementasikan  sensor  kelembaban  tanah  dalam  sebuah  sistem  kontrol  kelembaban lingkungan pertanian sayur pakcoy dan sawi. Komponen utama yang digunakan adalah Arduino Mega 2560, empat sensor kelembaban  tanah,  LCD,  pompa  air  dan  solenoid  valve.  Metode  yang  digunakan  untuk  kalibrasi  pada  empat  sensor kelembaban tanah menggunakan kurva kalibrasi linear persamaan regresi. Sensor kelembaban dibandingkan dengan alat Standar Soil Tester Meter menggunakan sepuluh pot berisi tanah. Setiap pot terdapat satu titik uji yang diletakkan pada tengah pot. Hasil nilai pengukuran menunjukkan nilai error terbesar terletak pada titik kelembaban tertinggiatau 100% yaitu dengan nilai 2,8 % pada sensor ketiga. Hasil akurasi terendah terletak pada titik 100% dengan nilai 97,2 % pada sensor ketiga. Hasil pengujian sistem kontrol, jika kelembaban tanah kurang dari 60% maka pompa menyala, sebaliknya apabila lebih dari 60% pompa mati.
Kata kunci : Sawi, pakcoy, sensor kelembaban tanah.

## 1 Pendahuluan
Sawi  dan  Pakcoy  merupakan  salah  satu  tanaman  sayuran  yang  sangat  digemari  di  Indonesia.  Sayuran  ini merupakan  jenis  dari  tanaman  yang  sama  yaitu  dari  keluarga Brassicaceae [1]. Brassica  juncea  L. yang merupakan nama Latin dari tanaman sawi ini sering dimanfaatkan daun atau bunganya sebagai bahan pangan [2]. Pada daun tanaman sawi hijau mempunyai beberapa ciri yaitu daun yang berbentukbulat, lonjong, lebar dan sempit, mempunyai warna daun dari hijau muda, hijau keputihan bahkan sampai hijau tua [3]. Brassica rapa L. yang merupakan nama Latin dari tanaman pakcoy ini berasal dari jenis sayuran dari keluarga Brassicaceae [4]. Tanaman pakcoy memiliki ciri-ciri yaitu bertangkai, daun berbentuk oval, berwarna hijau tua dan mengkilat [5]. Selain itu daun pakcoy tidak berbentuk sebuah kepala, dan tumbuh tegak atau setengah mendatar dan tersusun berbentuk spiral yang rapat serta melekat pada batang [1].
Tanaman sawi dan pakcoy mempunyai nilai gizi serta mempunyai nilai ekonomis yang tinggi sehingga konsumsi sayuran ini sangat banyak, sehingga dibutuhkan jumlah budidaya yang tinggi [6]. Akan tetapi, di Indonesia para petani sawi dan  pakcoy masih mengikuti musim penghujan untuk melakukan penanaman sayuran sawi dan pakcoy. Pada budidaya sawi dan pakcoy membutuhkan air cukup banyak untuk pembudidayaannya. Air sangat dibutuhkan bagi penunjang pertumbuhan pada sawi dan pakcoy, maka dari itu standar kelembaban tanah yang sesuai  untuk  tanaman  sawi  yaitu  yang  memiliki  kelembaban  sebesar50%  -  70%  [7].  Kelembaban  tanah merupakan air yang mengisi sebagian atau seluruh pori – pori tanah [8]. Pengembangan alat yang digunakan untuk menyiram lahan secara otomatis yang menggunakan sensor soil moisture ditunjukkan pada Gambar 1 sebagai alat untuk mendeteksi kelembaban tanah, sehingga ketika tanah mulai mengering, maka sensor akan mendeteksi kadar air pada lahan dan lahan akan teraliri air [9]. Sensor soil moisture YL-69 adalah sensor yang mampu mengukur kelembaban suatu tanah dengan cara membenamkan probe sensor ke dalam tanah dan sensor akan langsung membaca kondisi kelembaban tanah [10]. Hasil dari pembacaan sensor akan digunakan untuk menyalakan pompa air dan solenoid valve , maka air akan mengalir secara otomatis dan memudahkan para petani untuk mengalirkan air pada lahannya.
Gambar 1. Sensor kelembaban tanah( soil moisture ) YL-69 (Sumber: dokumentasi pribadi)
Gambar 2. Soil tester , moisture meter , pH meter (Sumber: dokumentasi pribadi)
Sebelumnya sensor kelembaban tanah ( soil moisture ) YL-69 dikalibrasi dengan menggunakan metode kalibrasi kurva linear dengan persamaan regresi dan perbandingan yang dibandingkan dengan alat standar yaitu soil tester, moisture meter, pH meter seperti yang terlihat pada Gambar 2 [11] .

## 2 Metode
Perancangan  implementasi  sensor  kelembaban  tanah  ( Soil  Moisture )  YL-69  sebagai prototype sistem pengontrol kelembaban tanah pertanian sayur pakcoy dan sawi, terdiri atas beberapa komponen dengan sistem kerja blok diagram yang tertera pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram blok rancang bangun sistem pengontrol kelembaban tanah pertanian sayur pakcoy dan sawi Mikrokontroler  Arduino  Mega  2560  ditunjukkan  pada  Gambar  3  digunakan  sebagai  pusat  pengolah  dan pengontrol data akan aktif dengan memberi tegangan melalui power supply sebesar 5VDC [12]. Arduino Mega 2560  adalah  sebuah  papan  mikrokontroler  yang  diprogram  menggunakan  software  Arduino  dan  dapat dioperasikan  secara online maupun offline [13].  Masukan  dari  mikrokontroler  Arduino  Mega  2560  yaitu  4 sensor kelembaban tanah YL-69 yang dihubungkan pada pin A0, A1, A2, dan A3 yang merupakan pin masukan analog.  Keluaran  dari  sensor  kelembaban  tanah  YL-69  berupa  nilai  ADC (Analog  Digital  Converter) yang kemudian diolah oleh mikrokontroler, selanjutnya oleh mikrokontroler dikonversi nilai ADC yang terukur menjadi persen  (%)  yaitu  kelembabannya[14].  Nilai  konversi  tersebut  didapat  menggunakan  kurva  kalibrasi  linear dengan persamaan regresi [11]. Kalibrasi linier dengan persamaan regresi adalah metode untuk menentukan
ketidakpastian baku tipe A[11]. Ketidakpastian baku tipe A merupakan metode evaluasi ketidakpastian dengan analisis  statistik  dari  serangkaian  pengamatan  data  [11].  Keluaran  dari  sensor  yang  telah  dikonversi ditampilkan  melalui  LCD (Liquid  Crystal  Display) berukuran  20x4.  LCD (Liquid  Crystal  Display) merupakan perangkat  yang  berfungsi  sebagai  penampil  dengan  memanfaatkan  kristal  cair  yang  digunakan  untuk  objek utama [15]. Keluaran pada sensor juga mengatur pompa air DC 12V dan 4 solenoid valve. Pompa air adalah alat yang digunakan untuk memindahkan cairan (fluida) dari suatu tempat ke tempat yang lain dengan cara menambahkan  energi  pada  cairan  sehingga  perpindahan  dapat  berlangsung  terus  menerus[16].  Nilai kelembaban tanah diatur sebesar 60% [17]. Solenoid valve merupakan katup yang dikendalikan dengan arus listrik baik AC maupun DC melalui kumparan atau solenoid [18]. Detail pengujian ditunjukkan pada Gambar 4. Gambar alat ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 4. Diagram penelitian
Gambar 5. Diagram alir sistem alat
Pada Gambar 5 dapat diketahui diagram alir sistem alat yaitu ke empat sensor soil moisture digunakan untuk menyalakan  pompa  dan solenoid  valve .  Jika  sensor soil  moisture mendeteksi  kelembaban  kurang  dari  60% maka relay akan aktif dan menyalakan solenoid valve beserta pompa dan air mengaliri tanaman sawi, ketika nilai  kelembaban  lebih  dari  60%  maka relay ,  pompa dan solenoid valve akan  mati  sehingga  air tidak  dapat mengaliri tanaman. Relay untuk mengatur tegangan yang digunakan untuk menyalakan pompa air dan solenoid valve [19]. Pada LCD 20 x 4 akan tertampil hasil pengukuran kelembaban tanah.
Gambar 6.Hasil perancangan alat (Sumber : dokumentasi pribadi)
Persamaan-persamaan yang digunakan dalam menganalisis hasil data ditunjukkan berikut:
x ̅ =  xi n (1)
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = Data Sebenarnya−Data Terukur Data Sebenarnya x 100% (2) Akurasi = (100 – E)% (3)
Keterangan : 𝑥 𝑖 = data ke-I , 𝑥 ̅ = rata-rata data, 𝑛 = jumlah data , E = Error.

## 3 Hasil
Hasil penelitian ditunjukkan pada Tabel 1. Nilai standar yang diujikan adalah sebesar 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% dan 100%. Proses kalibrasi dilakukan dengan membandingkan hasil alat standar dan hasil rata-rata pembacaan sensor dari 10 kali pengulangan. Nilai 10% - 100% merupakan nilai persentase pada  standar  alat  ukur, yang  nantinya  nilai  tersebut  akan  dibandingkan  dengan sensor. Pada  setiap  sensor menunjukkan perbedaan hasil data error dan akurasi dari pengujian sensor kelembaban tanah ( soil moisture ) dengan  alat  ukur  standar  pada  nilai  standar  yang  telah  ditentukan.  Analisis  ditunjukan  pada  Tabel  2  dan Tabel 3.
Dari Tabel 2 nilai error tertinggi setiap sensor, pada sensor soil moisture pertama menghasilkan pengukuran error terbesar 2,4% pada titik 100%, sensor soil moisture kedua menghasilkan nilai error terbesar 2,2% pada titik 30%, sensor soil moisture ketiga mendapat nilai error terbesar 2,8% pada titik 100% dan sensor keempat nilai pengukuran error terbesar 1,4% pada titik 100%. Pada Tabel 3 nilai akurasi terbaik pada sensor pertama mendapat nilai 100% pada titik 80%, sensor kedua mendapat nilai akurasi 100% pada titik 10%, sensor ketiga mendapat nilai akurasi 100% pada titik 90% dan sensor keempat mendapat nilai 100% pada titik 10% dan 90%. Nilai akurasi merupakan penunjukkan suatu ketepatan hasil pengukuran dengan nilai sebenarnya yaitu antara nilai  hasil  ukur  dengan  nilai  standar  [20].    Nilai  akurasi  didapatkan  dari  hasil  perhitungan  menggunakan Persamaan (3) yang berkaitan dengan nilai error [11] . Error berasal dari hasil pengukuran dikurangi hasil nilai standar atau nilai sebenarnya [11] .Error dapat muncul disebabkan oleh beberapa faktor, bisa dikarenakan dari kondisi  lingkungan,  proses  pengambilan  data,  personil  yang  melakukan  pengambilan  data[20].  Pengujian sistem kerja dari keseluruhan alat dilakukan untuk mengukur kemampuan alat setelah dilakukan  pengujian terhadap 4 sensor yang digunakan, serta pengujian ini bertujuan untuk mengetahui daya ukur alat terhadap beban yang diberikan dan respon alat yang ditunjukan pada Tabel 4.
Tabel 1 . Hasil pengambilan data penelitian
Data Hasil Kalibrasi Hasil Pembacaan Rata Rata Pada Tiap Titik(%) Pengukuran Pada Titik Standar Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 10% 10% 10,2% 10% 10,1% 10% 20% 20% 20,4% 20,1% 20,1% 20,3% 30% 30% 29,7% 30,7% 30,2% 30,1% 40% 40% 40,1% 40,5% 40,2% 40% 50% 50% 49,6% 49,8% 50,2% 49,9% 60% 60% 59,6% 59,8% 59,9% 60,1% 70% 70% 69,5% 69,5% 69,9% 69,9% 80% 80% 80% 79,9% 80,2% 80,1% 90% 90% 89,7% 89,7% 90% 90% 100% 100% 97,6% 98,2% 97,8% 98,6%
Tabel 2 . Analisis Nilai Error Pengukuran Pada Titik Error S1 Error S2 Error S3 Error S4 10% 1,9% 0% 0,9% 0% 20% 1,9% 0,5% 0,5% 1,5% 30% 1,01% 2,2% 0,6% 0,3% 40% 0,2% 1,2% 0,5% 0% 50% 0,8% 0,4% 0,4% 0,2% 60% 0,6% 0,3% 0,2% 0,1% 70% 0,7% 0,7% 0,1% 0,1% 80% 0% 0,1% 0,2% 0,1% 90% 0,3% 0,3% 0% 0% 100% 2,4% 1,8% 2,8% 1,4%
Keterangan:
S1= Sensor soil moisture 1, S2= Sensor soil moisture 2, S3= Sensor soil moisture 3, S4= Sensor soil moisture 4
Tabel 3 .Analisis Nilai Akurasi Pengukuran Pada Titik Akurasi S1 Akurasi S2 Akurasi S3 Akurasi S4 10% 98,1% 100% 99,1% 100% 20% 98,1% 99,5% 99,5% 98,5% 30% 98,99% 97,8% 99,4% 99,7% 40% 99,8% 98,8% 99,5% 100% 50% 99,2% 99,6% 99,6% 99,8% 60% 99,4% 99,7% 99,8% 99,9% 70% 99,3% 99,3% 99,9% 99,9% 80% 100% 99,9% 99,8% 99,9% 90% 99,7% 99,7% 100% 100% 100% 97,6% 98,2% 97,2% 98,6%
Tabel 4 . Data pengujian sistem kontrol Hari Pot 1 Pot 2 Pot 3 Pot 4 Pompa Kadar Air Valve 1 Kadar Air Valve 2 Kadar Air Valve 3 Kadar Air Valve 4 1 83% OFF 89% OFF 81% OFF 90% OFF OFF 2 79% OFF 57% ON 75% OFF 84% OFF ON 3 74% OFF 73% OFF 59% ON 64% OFF ON 4 71% OFF 86% OFF 88% OFF 77% OFF OFF 5 76% OFF 83% OFF 80% OFF 80% OFF OFF 6 80% OFF 82% OFF 79% OFF 79% OFF OFF 7 70% OFF 80% OFF 75% OFF 70% OFF OFF 8 70% OFF 80% OFF 73% OFF 52% ON ON 9 79% OFF 77% OFF
71%
OFF 91% OFF OFF 10 76% OFF 76% OFF
73%
OFF 81% OFF OFF
Pada Tabel 4 merupakan pengujian sistem dengan keterangan kadar air adalah nilai sensor kelembaban tanah ( soil moisture ), valve yang dimaksud adalah solenoid valve . Pada saat sensor kelembaban tanah ( soil moisture ) kurang dari 60% maka solenoid valve akan ON serta pompa air akan ON sehingga tanaman akan tersiram air. Dari  Tabel  4  tersebut  pengujian  tersebut  bisa  diketahui  bahwa  pompa  akan  menyala,ketika  ada  sensor kelembaban ( soil moisture ) mendeteksi nilai kadar air kurang dari 60%, sehingga untuk mematikan pompa air secara  otomatis  maka  ke  empat  sensor  harus  mendeteksi  nilai  lebih  dari  60%.  Hal  itu  menandakan  bahwa sistem  bekerja  dengan  baik  serta  itu  merupakan  keunggulan  dari  sistem  ini  dikarenakan  dapat  mengontrol kelembaban tanah pada banyak tempat.

## 4 Kesimpulan
Pada 4 sensor soil moisture dilakukan kalibrasi pada 10 titik dengan membandingkan nilai ukur standar dengan sensor soil moisture pertama menghasilkan nilai yang baik pada setiap titik ukurnya dengan nilai pengukuran error terbesar 2,4% pada titik 100%, sensor soil moisture kedua menghasilkan nilai yang baik pada setiap titik ukurnya  dengan  nilai  pengukuran error terbesar  2,2%  pada  titik  30%,  sensor soil  moisture ketiga  dan keempatmenghasilkan nilai yang baik pada setiap titik ukurnya dengan nilai pengukuran error terbesar 2,8% pada titik 100% pada sensor ketiga dan sensor keempat nilai pengukuran error terbesar 1,4% pada titik 100%. Pada pengujian sistem kontrol dapat diketahui pompa menyalak etika nilai sensor kurang dari 60% dan pompa akan mati ketika nilai sensor lebih dari 60%.

## 5 Referensi
[1] D.  I.  Yama  and  H.  Kartiko,  “ Pertumbuhan  dan  Kandungan  Klorofil  Pakcoy  ( Brassica  Rappa  L )  pada Beberapa Konsentrasi AB Mix ” , vol. 12, no. 1, pp. 21 – 30, 2020.
[2] S.  Aisyah,  N.  Sunarlim,  and  B.  Solfan,  “Pengaruh  Urine  Sapi Terfermentasi  dengan  Dosis  dan  Interval Pemberian yang Berbeda terhadap Pertumbuhan Tanaman Sawi ( Brassica juncea L .)” , J. Agroteknologi, vol. 2, no. 1, pp. 1 – 5, 2011.
[3] S.  M.  Kiptiyah,  E.  B.  Andri  Pandu,  M.  W.  Azzahra,  R.  Yurido,  S.  F.  Agung,  and  S.  Maryatul  Kiptiyah, “Pemanfaatan Sampah  Plastik  Bekas  Sebagai  Media  Tanam  Budidaya  Tanaman  Sayur  Sawi  Hija u” , Kkn.Unnes.Ac.Id, vol. 1, 2016, [Online]. Available:
https://kkn.unnes.ac.id/lapkknunnes/32004_3310222001_6_Desa _20200926_210958.pdf.
[4] N.  S.  Damayanti,  D.  W.  Widjajanto,  and  S.  Sutarno,  “Pertumbuhan dan  Produksi  Tanaman  Sawi  Pakcoy ( Brassica Rapa L. ) Akibat Dibudidayakan pada Berbagai Media Tanam dan Dosis Pupuk Organik ” , J. Agro Complex, vol. 3, no. 3, p. 142, 2019, doi: 10.14710/joac.3.3.142-150.
[5] R. Zupriadi, N. Chaniago, and S. S. Ningsih, “ Organik Cair terhadap Pertumbuhan dan Produksi Tanaman Sawi Pakcoy ( Brassica chinensis L .) Effect of Organic Granules Cow Manure Fertilizer and Organic Liquid Fertilizer Application Against Growth and Yield of Pakcoy ( Brassica chinensis L .)” ,  vol. 14, no. 1, pp. 107 – 118, 2018.
[6] T. A. Dominiko, Lilik Setyobudi, and N. Herlina, “Respon Tanaman Pakcoy ( Brassica rapachinensis ) terhadap Penggunaan Pupuk Kascing dan Biourin Kambing” ,  J. Produksi Tanam., vol. 6, no. 1, pp. 188 – 193, 2018.
[7] Asniati,  E.  M.  Hasiri,  and  M.  A.  Suryawan,  “Penerapan  Alat  Sensor  Kele mbapan  Tanah  Dengan Mikrokontroler Atmega328 Untuk Penyiraman Tanaman Otomatis,” Semin. Nas. APTIKOM, pp. 309– 315, 2017.
[8] I.  A.  Saputro,  J.  E.  Suseno,  E.  Widodo,  D.  Fisika,  F.  Sains,  and  U.  Diponegoro,  “Rancang Bangun  Sistem Pengaturan  Kelembaban  Tanah  secara  Real  Time  menggunakan  Mikrokontroler  dan  Diakses  di  Web ” , Youngster Phys. J., vol. 6, no. 1, pp. 40 – 47, 2017.
[9] U.  I.  Gorontalo  and  I.  O.  Things,  “ Monitoring  Kelembaban  Tanah  Pertanianmenggunakan  Soil  Moisture Sensor FC- 28 dan Arduino Uno ” ,  vol. 10, pp. 237 – 243, 2018.
[10] S.  Yaakub  and  R.  Meilano,  “Potensi  Sensor  Kelembaban  Tanah  YL -69  Sebagai  Pemonitor  Tingkat Kelembaban Media Tanam Palawija” ,  J. Elektron. List. dan Teknol. Inf. Terap., vol. 1, no. 1, pp. 7 – 16, 2019,
[Online]. Available: https://ojs.politeknikjambi.ac.id/elti.
[11] M. Rohman, “Komite Akreditasi Nasional National Accreditation Body of Indonesia” , 2004.
[12] M. Irsyam and A. Tanjung, “ Sistem Otomasi Penyiraman Tanaman Berbasis Telegram ” , vol. 2, no. 1, pp. 81 – 94, 2019.
[13] S. Siswanto, M. Anif, D. N. H ayati, and Y. Yuhefizar, “Pengamanan Pintu Ruangan Menggunakan Arduino Mega 2560, MQ-2, DHT- 11 Berbasis Android” ,  J. RESTI (Rekayasa Sist. dan Teknol. Informasi), vol. 3, no. 1, pp. 66 – 72, 2019, doi: 10.29207/resti.v3i1.797.
[14] R. Jupita et al., “ Rancang Bangun Penyiraman Tanaman Otomatis menggunakan Sensor Soil Moisture ” , vol. 2, no. 1, pp. 1 – 9, 2021.
[15] Wijaya, S.D. Darmawan, dan Elang Derdian Marindani, "Sistem Monitoring Ph, Tds Dan Debit Air Outlet Oil Trap PT Pln (Persero) Ulpltu / D Sei Raya", Teknik Elektro Untan, vol. 2, no. 1, pp. 1 - 9 , 2017.
[16] D.  Firmansyah,  I.  Lammada,  and  G.  L.  Sari,  “Implementation  of  Autom atic  Pump  Control  on  Sea  Water Destilation System,” Electro Luceat, vol. 6, no. 2, pp. 299– 307, 2020, doi: 10.32531/jelekn.v6i2.268.
[17] Noviandy, R.R. Yacoub, dan Elang Derdian Marindani, "Sistem Pengendalian Kelembaban Pada Budidaya Tanaman Sawi":, J. Teknik Elektro Untan, vol. 2, no. 1, pp. 1 - 10 , 2019
[18] F.  Marinus,  B.  Yulianti,  and  M.  Haryanti,  “Rancang Bangun  Sistem  Penyiraman  Tanaman  Berdasarkan Waktu Menggunakan Rtc Berbasis Arduino Uno Pada Tanaman Tomat” , J. Univ. Suryadarma, pp. 78 – 89, 2020.
[19] A. S. P ambudi, S. Andryana, and A. Gunaryati, “Rancang Bangun Penyiraman Tanaman Pintar Menggunakan Smartphone dan Mikrokontroler Arduino Berbasis Internet of Thing,” J. Media Inform. Budidarma, vol. 4, no. 2, p. 250, 2020, doi: 10.30865/mib.v4i2.1913.
[20] “Evaluati on  of  measurement  data — Guide  to  the  expression  of  uncertainty  in  measurement,”  no. September, 2008.