Jenis Artikel: original research

## Implementasi Mikrokontroler Berbasis IoT Untuk Optimalisasi Kinerja Sistem Akuaponik
Mulkan Iskandar Nasution 1 , Lailatul Husna Lubis 1 , Wahyu Utama Akbar Ritonga 1
1 Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Sumatera Utara, Indonesia
Corresponding e-mail : lailatulhusnalubis@uinsu.ac.id
KATA  KUNCI: Mikrokontroller, Sistem  Akuaponik, Internet of Things (IOT)
Diterima: 12 Desember 2022 Direvisi: 15 Desember 2022 Diterbitkan: 31 Januari 2023 Terbitan daring: 31 Januari 2023

## 1. Pendahuluan
Sistem akuaponik adalah sistem budidaya pangan yang bisa memproduksi dua jenis pangan (sayuran dan ikan) dalam satu rangkaian sistem (Rakocy dkk, 2006;  Hager  dkk, 2021).  Sistem ini kini semakin  populer  di dunia karena  mampu  memproduksi  pangan  s ecara  terpadu,  berkesinambungan,  ramah  lingkungan   dan  menjadi sebuah peluang bisnis yang menguntungkan (Goddek dkk, 2015). Sistem ini juga menjadi salah satu alternatif utama  dalam  upaya  pengembangan  pertanian  di  perkotaan  sebab  dapat  diterapkan  pada  skala  kecil dengan

## Jurnal Phi
ABSTRAK. Penambahan  perangkat  mikrokontroler  telah  memberikan pengaruh  yang  signifikan terhadap  peningkatan  kinerja  sistem akuaponik. Perangkat  pompa  dan  pakan  ikan  kini  dengan  mudah  bisa  diakses  dan dioperasikan oleh pemilik meski tidak berada di lokasi. Selain itu, perangkat mikrokontroler juga mampu memberikan informasi suhu dan pH air kolam secara real time. Dengan demikian kinerja sistem akuaponik menjadi lebih optimal karena pemilik bisa terus berinteraksi dan mengendalikan seluruh perangkat sistem akuaponik melalui mikrokontroler yang terkoneksi dengan aplikasi android. Komponen mikrokontroler yang dirancang terdiri dari: (1) NodeMCU ESP8266 untuk pusat kontrol; (2) LCD 16x2 I2 sebagai pemberi notifikasi visual terhadap nilai PH dan suhu air kolam; (3) Sensor Suhu Tipe DS18B20;  (4)  Sensor PH  Tipe 450C;  (5)  Motor  Servo  Tipe  MG996R  sebagai motor  penggerak  pakan  ikan;  (6)  Buzzer  sebagai  indikator  bunyi. Mikrokontroler  ini  diterapkan  pada  sistem  akuaponik  tipe  Nutrient  Film Technique (NFT).
efisiensi lahan dan sumber daya air. Upaya pengembangan dan penerapan sistem akuaponik pada pemukiman dilakukan untuk  memberi pengetahuan ke masyarakat sehingga  memberikan sebuah pergerakan  perubahan pola fikir dalam membangun dan mendukung sistem akuaponik yang berkelanjutan (David dkk, 2022). Melalui sistem ini, kesadaran pemenuhan pangan sehat akan menjadi semakin berkembang di masyarakat (Rahdriawan dkk,  2019;  Mayoral  dkk,  2020).  Namun  dalam  penerapan sistem ini  ditemukan  beberapa  permasalahan:  Pertama, Ikan yang dipelihara  di dalam kolam akuaponik menderita  penyakit  dan sulit berkembang.  Kedua, Tanaman dalam  sistem  hidroponik  mengalami  pertumbuhan  yang  lambat  dan  kurang  subur.  Hal  ini  membuat  sistem belum  memberikan  hasil yang maksimal.
Permasalahan  ters ebut  muncul  pada  sistem  akuaponik  yang  berada  di  kawasan  pemukiman  di Kecamatan  Medan  Marelan  Kota  Medan  Propinsi  Sumatera  Utara  Indonesia.  Sistem  akuaponik  yang diimplementasikan pada penelitian ini adalah tipe Nutrient Film Technique (NFT) yang menggunakan pipa PVC sebagai  media  tanam.  Instalasi sistem dapat  dilihat pada  Gambar  1.
Gambar 1. Sistem  aquaponik (a)  Hidroponik (b)  Tampak keseluruhan sistem  (c)  kolam ikan ( Dokumentasi  Riset )
Hasil  identifikasi  awal  menunjukkkan  bahwa  sistem  akuaponik  yang  terpasang  memiliki  beberapa permasalahan:  Pertama,  Sistem  Akuaponik  belum    memiliki    sistem    kontrol    dan    monitoring    par ameter lingkungan  yang  baik.  Padah al   idealnya  sebuah  sistem  akuaponik  harus  memiliki    sebuah    sistem    kontrol parameter  lingkungan  untuk  menjag a  kualitas  air.  Air  diumpamakan  seperti  aliran  darah    yang    berfungsi membawa  semua  nutrisi  baik  secara  makro  dan  mikro  esensial  dari  akuakultur  ke  komponen  hidroponik, kemudian  air  juga  membawa  oksigen  dari  akuakultur  ke  tangki  ikan.  Oleh  sebab  itu  setidaknya    ada    lima parameter  yang  harus  dipantau  secara  real  time  untuk  menjaga  kualitas  air  yaitu:  Oksigen  Terlarut  (DO);  (2) Keasaman Air (pH); (3) Suhu Air; (4) senyawa nitrogen; dan (5) Konduktivitas Listrik (E C). (Thorarinsdottir, 2015; Hager  dkk,  2021).  Kedua,  Sistem  resirkulasi  air  kolam  tidak  berfungsi  maksimal  disebabkan  pompa  masih diaktifkan  secara  manual  sehingga  resirkulasi  air  kolam  tidak  teratur  dan  belum  terjadwal  dengan  baik.  Hal  ini berakibat  pada  penurunan  kualitas  air  kolam.  Semestinya  pompa  bisa  diaktifkan  secara  otomatis  berda sarkan penjadwalan  kebutuhan  waktu  dan  penyesuaian  jenis  tanaman  (Hancock,  2012).  Selanjutnya  pada  permasalahan ketiga,  pemberian  pakan  ikan  juga  masih  dilakukan  secara  manual  sehingga    kebutuhan    pakan    ikan    di    kolam tidak  terpenuhi  yang  mengakibatkan  pertumbuhan  ikan  tidak  maksimal.   Pemberian  pakan  ikan  seharusnya dijadwalkan  pada  waktu  tertentu  dengan  durasi  3-5  kali/hari  agar  pertumbuh an  ikan    menjadi    maksimal (Tahapari  dan  Suhenda,  2009).
Pemantauan  dan  pengontrolan  sistem  akuaponik  berbasis  IoT  berbentuk  prototipe  sudah  dilakukan  oleh beberapa  peneliti  terdahulu,  antara lain:  (Kyaw  dan  Ng,  2017;  Vanditha  dkk,  2019;  Abdullah  dan  Mazalan,  2022). Dalam  penelitian tersebut, peneliti mengusulkan  berbagai  macam sistem  pemantauan  akuaponik otomatisasi cerdas yang bisa  membantu pengguna memelihara dan  memantau sistem  melalui aplikasi smartphone. Oleh sebab itu penelitian ini akan coba mengimplementasikan sistem pemantauan dan kontrol akuaponik secara real time berdasarkan hasil penelitian prototipe tersebut. Dengan demikian diharapkan pemilik sistem akuaponik di lokasi penelitian ini akan lebih mudah mengakses  dan mengontrol pH, suhu, pompa kolam dan pakan ikan serta bisa mendapatkan  informasi kualitas air kolam  secara real  time meski tidak berada  di lokasi.

## 2. Metode  Penelitian
Penelitian  ini  memiliki  beberapa  tahapan  seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  2.  Setelah  melakukan  studi  literatur dari  beberapa  peneliti  terdahulu  maka  dilakukan  penyusunan  dan  Penerapan  Pera ngkat  Mikrokontroler  berbasis Internet  of  Things  (IoT)  pada  sistem  akuaponik  (Jawadwala  dan  Pingle,  2020;  Rao  dkk,  2021;  Taha  dkk,  2022; Chavan  dkk,  2020;  Ezzahoui  dkk,  2022).  Perangkat  ini  digunakan  untuk  melakukan  proses  pemantauan,  kendali dan  interaksi  terhadap  perangkat  sistem  akuaponik  melalui  jaringan  internet.  Proses  tersebut  dikerjaka n  oleh mikrokontroler  Tipe  NodeMCU  ESP8266  yang  berfungsi  sebagai  pusat  kontrol.
Mikrokontroler dilengkapi perangkat input berupa Sensor Suhu (Tipe DS18B20)  dan Sensor PH  (Tipe 450C).  Sensor  berf ungsi  mengidentifikasi  kualitas  air  pada  tangki  ikan.  Sedangkan  pada  perangkat  output, mikrokontroler dilengkapi dengan LCD 16x2 I2C y ang difungsikan sebagai pemberi notifikasi visual  terhadap nilai PH dan suhu air kolam. LCD 16x2 I2C juga menampilkan tanggal dan waktu kerja sistem yang disesuaikan dengan  jaringan  internet.  Perangkat  output  selanjutnya  adalah  Motor  Servo  Tipe  MG996R  y ang  digunakan sebagai  motor  penggerak  katup  pakan  ikan.  Kemudian  ada  juga  perangkat  Buzzer  yang  berfungsi  sebagai indikator  bunyi  pada  saat  sistem  mikrokontroler  mulai  bekerja.  Rangkaian  mikrokontroler  yang  dirancang  pada penelitian  ini dapat  dilihat pada  Gambar  3.
Gambar  2. Rancangan  Rangkaian  Mikrokontroler
.  Prinsip  kerja  mikrokontroler  ini  sangat  bergantung  pada  jaringan  internet.  Perangkat  mikrokontroler difungsikan  sebagai  alat  kendali  jarak  jauh  oleh  pemilik  untuk  mengoperasikan  perangkat  sistem  akuaponik melalui  aplikasi  android.  Perangkat  sistem    yang  dikendalikan  yaitu;  (1)  Pompa  resirkulasi;  dan  (2)    Alat  pakan ikan.  Pemilik  bisa  mengoperasikan  pompa  resirkulasi  dan  peralatan  pakan ikan sesuai  dengan  jadwal  dan  durasi yang  diinginkan.  Perintah  penjadwalan   pompa  resirkulasi    dan    peralatan    pakan ikan  dilakukan  dari   jara k  jauh oleh  pemilik  melalui  aplikasi  android  “Smart  Pool”.  Selanjutnya  perintah  diteruskan  dan  disimpan  di  da tabase online “firebase” kemudia n  diterima  dan  dieksekusi  oleh  NodeMCU  ESP8266.
Sensor Suhu dan pH pada perangkat mikrokontroler akan memberikan input data berupa nilai suhu dan pH air kolam ke NodeMCU E SP8266. Selanjutny a input data tersebut dipros es oleh program untuk disimpan di database online “Firebase”.  Setelah itu  data terkirim ke aplikasi android  melalui jaringan internet. Inf ormasi nilai suhu dan pH akan muncul pada layar aplikasi "Smart Pool" bersama papan jadwal pengoperasian pompa resirkulasi dan alat pakan ikan. Nilai suhu, pH dan tanggal waktu kerja sistem juga bisa dilihat pada LCD 16x2 I2C yang terpasang pada perangkat mikrokontroler. Prinsip kerja perangkat mikrokontroler dapat dilihat pada Gambar  4.
Gambar  3 . Prinsip  Kerja  Perangkat  Mikrokontroler

## 3. Hasil  dan  Pembahasan
Pemas angan  mikrokontroler  telah  berhasil  memberikan  sebuah  kemajuan  yang  baik  bagi  pengoperasian perangkat sistem  akuaponik (Gambar  5).  Pengoperasian pompa  resirkulasi dapat  dilakukan s ecara terjadwal dengan durasi tertentu sesuai dengan keinginan pemilik. Bahkan pengoperasian pompa kini bisa dijadwalkan dalam 3 (tiga) siklus waktu. Pengaturan durasi yang fleksibel telah menurunkan biaya operasional pompa sebab tidak lagi beroperasi selama 24 jam. Dengan demikian pemilik dapat menghemat listrik dan tentu saja kendala dalam  pengoperasian  pompa dapat diatasi meski pemilik tidak berada di lokasi sistem akuaponik. Pemberian pakan ikan juga dapat dilakukan dari jarak jauh dengan penjadwalan waktu sebanyak 3 (tiga) kali sehari. Jadwal bisa diubah dan disesuaikan  dengan keinginan  pemilik melalui aplikasi android.  Porsi pakan yang  diberikan dalam  1  kali  pemberian  makan  adalah  50.00  gr  (Somerville  dkk,  2014).  Aplikasi  android  tersebut  adalah Smartpool  dengan  tampilan  seperti  pada  Gambar  6.  Aplikasi  terdiri  dari  tiga  bagian,  di  bagian  pertama menginformasikan  nilai  suhu  dan  pH,  Pada  bagian  kedua  berisi  tools  penjad walan  pemberian  pakan ikan  d engan tiga jadwal waktu. Selanjutnya di bagian ketiga berisi tools untuk mengatur pengoperasian pompa resirkulasi. Perangkat ini dibangun menggunakan Software Arduino IDE dengan listing program/coding ditunjukkan pada Gambar  7.
Gambar  4.  Rangkaian  Mikrokontroler  (a)  Modul  (b)  Alat  Pakan  Ikan  (c)  Sensor  Suhu  dan  pH

## Gambar  5. Tampilan Aplikasi Android “Smartpool”
Mikrokontroler  juga dapat  menginformasikan  nilai suhu dan pH  air kolam kepada  pemilik secara  real time (El-Saba,  2020; Gridling dan W eiss, 2006).  Hasil pengujian sensor suhu dan  pH yang  ditunjukkan  pada Gambar 6  menjelaskan bahwa  nilai suhu dan  pH yang  ditampilkan  pada  aplikasi android dan LCD 16x2 I2C memiliki nilai yang sama. Nilai pH dan  Suhu yang  muncul pada LCD 16x2 I2C dan  aplikasi ditampilkan dalam bentuk  bilangan  bulat  pada saat  pembacaan  dan  pen giriman  data  melalui  mikrokontroler.  Grafik  hasil  pen gujian sensor  suhu dan  pH  dapat  dilihat pada  Gambar  8.
Hasil  pengujian  jadwal  pompa  dan  pakan  ikan  juga  menunjukan    waktu    delay    dengan    nilai    yang bervariasi.  Pengujian  waktu  delay  meng gunakan  peralatan  stopwatch  sebanyak  lima  kali  pengujian.  Dar i  hasil pengujian  dapat  disimpulkan  bahwa  sistem  dapat  mengatur  jadwal  pakan  ikan  dan  pompa  dengan  delay  waktu antara  10-15  detik  sebelum  buzzer  berbunyi.  Delay  waktu  bisa  diakibatkan  oleh  kualitas  jaringan  internet  da n jarak  mikrokontroler  denga n  pakan  ikan  dan  pompa.  (Jaya  dan  Hirawan,  2017;  Hartawan  dan  Sudiarsa,  2019). Hasil  pengujian  waktu  delay  dapat  dilihat  pada  Tabel  1.
Gambar  6. Contoh  Coding  Program
Gambar  7 .  Nilai  Kalibrasi  pH  dan  Temperatur
Tabel  1 . Nilai  Pengujian  Delay  Perangkat  Mikrokontroler
Percobaan Target Kondisi Perangkat Input Data Output Data Kondisi Buzzer 1 Hidup 9:45:00 9:45:10 Aktif Mati 9:49:00 9:49:15 Tidak Aktif 2 Hidup 10:00:00 10:00:11 Aktif Mati 10:05:00 10:05:12 Tidak Aktif 3 Hidup 10:15:00 10:15:12 Aktif Mati 10:20:00 10:20:15 Tidak Aktif 4 Hidup 10:23:00 10:23:15 Aktif Mati 10:27:00 10:27:13 Tidak Aktif 5 Hidup 10:34:00 10:34:13 Aktif Mati 10:35:00 10:35:15 Tidak Aktif

## 4. Kesimpulan
Mikrokontroler  dapat  digunakan  sebagai   alat  kontrol   perangkat    sistem    akuaponik    melalui    internet    dengan sistem  kendali  jarak  jauh.  Perangkat  mikrokontroler  membantu    pemilik    dalam    mengontrol    pengoperasian pompa  resirkulasi   dan  alat  pakan ikan.  Mikrokontroler    juga    membantu    pemilik    mendapatkan   informasi   real time  tentang  kondisi  air  kolam  (suhu  dan  pH).  Mikrokontroler  telah  meningkatkan  kinerja  sistem    akuaponik secara  nyata.  Pemilik  kini  telah  lebih  mudah  mengakses  perangkat  akuaponik    meski    tidak    berada    di    lokasi sistem  akuaponik.

## Ucapan  Terimakasih
Ucapan  terima  kasih  disampaikan  kepada  Universitas  Islam  Negeri   Sumatera  Utara  (UINS U)  karena   telah memberikan  pendana an  pada  penelitian ini  melalui  Anggaran  Penelitian  BPOPTN  2022.  Atas  pendanaan  te rsebut penelitian  ini  dapat  berjalan  dengan  baik.

## Keterlibatan  Penulis
MIN  melakukan  analisis  data,  LHL  memberi   gagasan  pokok  ide  penelitian,  menulis    manuskrip    origina l    dan menulis  manuskrip  revisi.  WAR  meranca ng  alat  dan  instrumen.

## Daftar  Pustaka
Daftar  Pustaka  dari  Buku:
Gridling,  G., da n Weiss, B. (2006). Introduction to Microcontrollers. Vienna , Austria : Vienna  University of Technology. El-Sa ba ,  M.  (2020). Introduction  to  Microcontrollers  and  Embedded  Systems. Ca iro,  Egypt:  Fa culty  of  Engineering,  Ain-Sha ms University in Ca iro Depa rtment of Electronics a nd Communica tion Engineering.
Ha ger dkk, J. (2021). Aquaponics Production Manual A Practical Handbook for Growers. Fra nkfort, Kentucky: School of Aqua culture a nd Aqua tic Sciences College of Agriculture,  Community, a nd the Sciences.
Ha ger dkk, J. (2021). Aquaponics Production Manual A Practical Handbook for Growers. Fra nkfort, Kentucky: School of Aqua culture a nd Aqua tic Sciences College of Agriculture,  Community, a nd the Sciences.
Ma yora l dkk, J. Á. (2020). Technical Manual of Aquaponics Combined with Open Culture Adapting to Arid Regions. Ja pa n: Fukui Print Miya na ga  21-4 Tottori City, Ja pa n.
Thora rinsdottir, R. I. (2015). Aquaponics Guidelines. Icela nd: Ha skola prent.

## Daftar Pustaka dari Jurnal:
Abdulla h, M.  S.,  da n Ma za la n, L. (2022). Sma rt Automa tion Aqua ponics Monitoring System. International Journal on Informatics Visualization , 256-263.
Cha va n dkk, J. (2020). Sma rt Aqua ponics Fa rming Using  IOT a nd Mobile Computing. International Journal of Advanced Research in Computer and Communication Engineering (IJARCCE) , 22-29.
Da vid dkk, L. H. (2022). Susta ina bility of Urba n Aqua ponics Fa rms: An Emergy Point of View. Journal of Cleaner Production . Ezza houi dkk, I. (2022).  The Aqua ponic Ecosystem Using IoT a nd IA Solutions. International Journal of Web-Based Learning and Teaching Technologies , 1-15.
Goddek dkk, S. (2015). Cha llenges of Susta ina ble a nd Commercia l Aqua ponics. sustainability , 4199-4224. Ha ncock, R. (2012). Water and Energy Conservation Grow System: Aquaponics and Aeroponics with a Cycle Timer. Sa n Luis Obispo: Ca lifornia  Polytechnic Sta te University.
Ha rta wa n, I. B., da n Sudia rsa , I. (2019). Ana lisis Kinerja  Internet of Things Berba sis Fireba se Rea l-Time Da ta ba se. Jurnal Resistor , 1- 11.
J. S., da n Hira wa n, D. (2017). Pemba nguna n Sistem Pema nta ua n Ruma h Wa let Berba sis IoT. elib.unikom.ac.id . Ja wa dwa la , M., da n Pingle,  Y.  (2020).  Aqua ponics for Agriculture  Using  IOT. International Journal of Engineering Research and Technology (IJERT) , 410-415.
Kya w, T. Y.,  da n Ng, A.  K. (2017). Sma rt Aqua ponics System For Urba n Fa rming. Energy Procedia , 342-347.
Ra hdria wa n dkk, M. (2019). Susta ina ble Urba n Fa rming Through Community Ba sed Aqua ponics Ca se: Ka ndri Villa ge, Sema ra ng.
Advances in Social Science, Education and Humanities Research (ASSEHR) .
Ra kocy  dkk,  J.  E.  (2006).  Recircula ting  Aqua culture  Ta nk  Production  Systems:  Aqua ponics—Integra ting  Fish  a nd  Pla nt  Culture. Southern Regional Aquaculture Center .
Ra o dkk, K. R. (2021). Design  a nd Implementa tion of a n Automa ted Aqua ponics System using Internet of Things. Natatural Volatiles and Essential Oils (NVEO) , 5125 – 5139.
Roma dhon, M. R., da n Arrofiq, M. (2020). Ana lisis  Tra fik Da ta  pa da  Sistem Pema nta u Arus Listrik Pa nel Hubung Ba gi. Journal of Internet and Software Engineering(18 JISE) , 18-23.
Sha out,  A.,  da n  Scott,  S.  G.  (2017).  IoT  Fuzzy  Logic  Aqua ponics  Monitoring  a nd  Control  Ha rdwa re  Rea l-Time  System. The International Arab Conference on Information Technology . Somerville  dkk, C.  (2014). Small-scale aquaponic food production Integrated fish and plant  farming. Rome: Food a nd Agriculture Orga niza tion Of The United Na tions.
Ta ha  dkk, M. F. (2022). Recent Adva nces of Sma rt Systems a nd Internet of Things (IoT) for Aqua ponics Automa tion: A Comprehensive Overview. Chemosensors , 3-26.
Ta ha pa ri, E., da n Suhenda , N. (2009). Penentua n Frekuensi Pemberia n Pa ka n untuk Mendukung Pertumbuha n Benihika n Pa tin Pa supa ti. Berita Biologi , 693-698.
Va nditha , dkk. (2019). Aqua ponics Cultiva tion With IOT Monitoring. International Journal of Advanced Computational Engineering and Networking , 1-5.