PENGEMBANGAN SISTEM KENDALI DEBIT POMPA AC

MENGGUNAKAN PULSE WIDTH MODULATION (PWM)

BERBASIS PERTANIAN PRESISI

HERI HERIYANTO

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2013

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER

INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengembangan Sistem

Kendali Debit Pompa AC Menggunakan Pulse Width Modulation (PWM)

Berbasis Pertanian Presisi adalah benar karya saya dengan arahan dari

pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi

mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan

maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan

dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.

Bogor, Desember 2013

Heri Heriyanto

NIM F14090006

ABSTRAK

HERI HERIYANTO. Pengembangan Sistem Kendali Debit Pompa AC

Menggunakan Pulse Width Modulation (PWM) Berbasis Pertanian Presisi.

Dibimbing oleh KUDANG BORO SEMINAR.

Pemberian air untuk irigasi tanaman harus dilakukan sesuai dengan

kebutuhan tanaman untuk menghindari pemborosan air selama irigasi. Berbagai

teknologi kendali irigasi telah dikembangkan namun tidak ada satu pun yang

menggunakan Pulse Width Modulation (PWM) untuk mengontrol pompa AC.

Penelitan ini bertujuan untuk mengembangkan teknologi alternatif berbasis

prinsip pertanian presisi menggunakan Pulse Width Modulation (PWM). Dengan

mengatur duty cycle PWM, debit pompa dapat diatur untuk pemberian air irigasi

yang lebih teliti. Sistem yang dikembangkan telah diujicoba menggunakan data

cuaca pada lokasi tertentu. Hasil ujicoba menunjukkan bahwa sistem dapat

bekerja dengan baik.

Kata kunci: pemborosan air, kontrol, pertanian presisi, PWM.

ABSTRACT

HERI HERIYANTO. Development of AC Pump Flow Rate Control System

Using Pulse Width Modulation (PWM) Based on Precision Agriculture.

Supervised by KUDANG BORO SEMINAR.

Water supplying for crops irrigation must be supplied according to the needs

of crops to prevent waste water during irrigation. Various technologies for

irrigation control have been developed but none of them using Pulse Width

Modulation for controlling AC Pump. The purpose of this research is to develop

an alternative of technology based on precision agriculture principle using Pulse

Width Modulation. By controlling duty cycle of PWM, flow rate of pump can be

controlled to supply water more precisely. The system developed has been tested

with real climate data on specific geographical area. The testing results show that

the system has been working correctly.

Keywords: waste water, control , precision agriculture, PWM

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknologi Pertanian

pada

Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

PENGEMBANGAN SISTEM KENDALI DEBIT POMPA AC

MENGGUNAKAN PULSE WIDTH MODULATION (PWM)

BERBASIS PERTANIAN PRESISI

HERI HERIYANTO

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2013

Judul Skripsi : Pengembangan Sistem Kendali Debit Pompa AC Menggunakan

Pulse Width Modulation (PWM) Berbasis Pertanian Presisi

Nama : Heri Heriyanto

NIM : F14090006

Disetujui oleh

Prof. Dr. Ir. Kudang Boro Seminar, MSc

Pembimbing

Diketahui oleh

Dr. Ir. Desrial, MEng

Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

Judul Skripsi: Pengembangan Sistem Kendali Debit Pompa AC Menggunakan Pulse Width Modulation (PWM) Berbasis Pertanian Presisi

Nama : Heri Heriyanto NIM : F I-f090006

Disetujui oleh

Prof. Dr. If. Kudang Boro Seminar. MSc Pembimbing

Diketahui oleh

Tanggal Lulus: ;::- 7 JAN 2014

PRAKATA

Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. karena

atas rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dengan judul

“Pengembangan Sistem Kendali Debit Pompa AC Menggunakan Pulse Width

Modulation (PWM) Berbasis Pertanian Presisi”.

Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada :

1. Prof. Dr. Ir. Kudang Boro Seminar, M.Sc selaku dosen Pembimbing Akademik

yang senantiasa memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis.

2. Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr atas bimbingan dan bantuan kepada

penulis dalam menyelesaikan pembuatan hardware.

3. Dr. Ir. Mohamad Solahudin, M.Si atas bimbingan dan bantuan kepada penulis

dalam menyelesaikan modifikasi software.

4. Ibu, bapak, serta adik tercinta atas semua do’a dan kasih sayangnya.

5. Cecep Saiful Rahman yang telah mengajari penulis mengenai hal-hal yang

berkaitan dengan pemrograman EMS-SD/MMC dan RTC.

6. Dr. Liyantono, S.TP, M.Agr atas saran yang diberikan kepada penulis.

7. M. Sigit Gunawan, Setia Trianto, M. Nafis Rahman, dan Nopri Suryanto atas

dukungan serta bantuan kepada penulis.

8. Aktatama Silviana Dewi atas dukungannya untuk penulis.

9. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas bantuan serta

dukungannya.

Ide penelitian ini berawal dari permasalahan pada saat melakukan Praktik

Lapangan di PT. Saung Mirwan, Bogor. Saung Mirwan merupakan agroindustri

yang cukup besar namun hampir semua kendali proses produksi dilakukan secara

manual, salah satunya adalah proses pemberian nutrisi tanaman. Karena kendali

dilakukan secara manual, kesalahan pada saat produksi sering terjadi. Kesalahan

pada proses pemberian nutrisi menyebabkan pemborosan air dan energi listrik.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Desember 2013

Heri Heriyanto

DAFTAR ISI

PRAKATA vi

DAFTAR ISI vii

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR GAMBAR viii

DAFTAR LAMPIRAN ix

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Tujuan Penelitian 2

Ruang Lingkup Penelitian 2

METODE 3

Waktu dan Tempat Penelitian 3

Alat dan Bahan 3

Prosedur Penelitian 3

Perancangan Piranti Keras (Hardware) 4

Ujicoba Fungsional 4

HASIL DAN PEMBAHASAN 5

Perancangan Piranti Keras 5

Pulse Width Modulation (PWM) 5

Sistem Kontrol Otomatis 5

Sistem Kerja Piranti Keras 7

Kontrol PWM Pompa AC 8

Ujicoba Fungsional 10

Uji Laboratorium 10

Uji Lapangan 14

Modifikasi Piranti Lunak 16

Masukan dan Keluaran Piranti Lunak 17

Menu-menu dalam Piranti Lunak 18

Keunggulan dan Kelemahan Piranti Lunak 25

SIMPULAN DAN SARAN 26

Simpulan 26

Saran 26

DAFTAR PUSTAKA 27

LAMPIRAN 28

RIWAYAT HIDUP 37

DAFTAR TABEL

1 Penggunaan Port Mikrokontroler 7 2 Kombinasi Logika dari Mikrokontroler 12 3 Spesifikasi Pompa yang Digunakan 14

DAFTAR GAMBAR

1 Proses Pemberian Nutrisi di PT. Saung Mirwan, Bogor 1 2 Bahan-bahan Utama Piranti Keras 3 3 Sinyal PWM 5 4 Diagram Blok Sistem Kontrol Rangkaian Terbuka 6 5 Diagram Blok Sistem Kontrol Rangkaian Tertutup 6

6 Diagram Sistem Kontrol 6 7 Rangkaian zero crossing, pembalik logika, dan pembangkit gelombang 9 8 Rangkaian ON-OFF beban AC 9 9 Pencacahan Gelombang Sinusoidal 10 10 Rancangan Struktural Piranti Keras 11 11 Gelombang Keluaran Piranti Keras Pada Beberapa Duty Cycle 12 12 Gelombang Keluaran Pada Berbagai Kombinasi Logika 13 13 Grafik Hubungan Debit dan Tegangan pada Pompa Hisap 14 14 Grafik Hubungan Debit dan Tegangan pada Pompa Celup 15 15 Tampilan Halaman Utama Piranti Lunak 16 16 Contoh File Masukan 17 17 Sub-menu Perhitungan Sistem 18 18 Tektstur Fine Sand 19

19 Tekstur Sandy Loam 19 20 Tekstur Sandy Clay Loam 19 21 Grafik Seigitiga Tekstur Tanah 20 22 Hasil Simulasi 21 23 Grafik Kadar Air Tanah 22 24 Grafik Hasil Koreksi Akibat Irigasi 23

25 Menu Kontrol Irigasi 23 26 Menu Input Data Koreksi 24 27 Grafik Hasil Koreksi Menggunakan Menu 25

DAFTAR LAMPIRAN

1 Program Utama Proses Kontrol 28

2 Diagram Alir Cara Kerja Sistem 32

3 Rangkaian Kontrol PWM AC 33 4 Hasil Pengukuran pada Pompa Hisap 34 5 Hasil Pengukuran pada Pompa Celup 35 6 File Output Sistem Piranti Lunak 36

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Lubis (2000) dalam acara Forum Air Dunia II (World Water Forum) di Den

Haag menyebutkan bahwa Indonesia termasuk salah satu negara yang akan

mengalami krisis air pada 2025. Penyebabnya antara lain kelemahan dalam

pengelolaan air, seperti pemakaian air yang tidak efisien. Laju kebutuhan akan

sumber daya air dan potensi ketersediaannya sangat pincang dan semakin

menekan kemampuan alam dalam menyediakan air. Sumberdaya air secara

kuantitatif akan semakin terbatas dan secara kualitatif akan semakin menurun.

(a) (b)

Gambar 1 Proses Pemberian Nutrisi di PT. Saung Mirwan, Bogor

(a) Penyiraman Manual dan (b) Irigasi Pompa

Gambar di atas diambil pada saat melakukan Praktik Lapangan di sebuah

perusahaan agroindustri yaitu PT. Saung Mirwan, Bogor. Penggunaan air untuk

pemberian nutrisi di perusahaan tersebut masih sangat tidak efektif. Pada saat

pemberian nutrisi banyak air terbuang dan tidak termanfaatkan bahkan tumpah ke

jalan transportasi lahan. Hal ini terjadi karena pekerja lupa mematikan pompa atau

menutup pipa penyiraman. Pemborosan penggunaan air ini terjadi akibat kontrol

dilakukan secara manual oleh manusia (pegawai). Manusia mempunyai batas

ingatan, sehingga pada saat tertentu manusia mengingat dan fokus pada satu

pekerjaan namun melupakan pekerjaan lain. Akibat banyaknya pekerjaan yang

dilakukan, pekerja sering lalai dalam memerhatikan proses penyiraman.

Prawiradisastra (2007) juga menyebutkan bahwa penggunaan air di agroindustri

kerupuk ikan berlebih sehingga menyebabkan pemborosan air. Agar tidak terjadi

pemborosan air, tanaman tersiram sesuai dosis, dan mengurangi kelalaian pegawai,

diperlukan kontrol otomatis dalam melakukan proses pemberian nutrisi.

Suatu perusahaan agroindustri dapat saja memproduksi (budidaya) tanaman

yang berbeda setiap kali tanam. Kebutuhan air setiap jenis tanaman berbeda

sehingga volume total air yang dikeluarkan oleh pompa juga akan berbeda.

Pengaturan volume air pompa ini dapat dilakukan dengan mengatur waktu atau

debit yang keluar dari pompa tersebut.

Penelitian mengenai penyiraman otomatis sudah banyak dilakukan, salah

satunya adalah Utami (2010) tentang rancang bangun penyiraman otomatis

menggunakan sensor suhu LM35 berbasis mikrokontroler ATMega8535. Selain

pada penelitian, kontrol penyiraman otomatis juga banyak dikemukakan pada

seminar-seminar nasional. Salah satunya adalah Madyana et.al (2008) dan Sofwan

2

(2005). Madyana et.al (2008) menggunakan PLC (Programable Logic Controller)

dalam kontrolnya, sedangkan Sofwan (2005) menggunakan Fuzzy Logic.

Penelitian yang dilakukan tidak berbeda jauh dengan penelitian-penelitan yang

sudah dilakukan, namun kontrol dilakukan untuk mengatur debit pompa AC

melalui kontrol Pulse Width Modulation (PWM). Kontrol untuk pompa AC yang

umum dilakukan adalah menggunakan kontrol on-off. Kontrol debit pompa AC

melalui PWM ini dapat menjadi salah satu alternatif dalam melakukan kontrol

debit selain menggunakan kontrol on-off. Sistem kontrol yang dikembangkan

menggunakan software dan hardware. Software digunakan untuk ujicoba

fungsional sistem sehingga dalam penerapannya software ini dapat diganti

menggunakan sensor.

Kebutuhan air di setiap lokasi berbeda sesuai dengan keadaan tanah,

perakaran tanaman, dan cuaca. Namun untuk satu lokasi budidaya umumnya

dianggap sama karena tanah dan tanamannya sama. Presisi dalam pemberian air

kepada tanaman berarti tepat dalam waktu dan jumlahnya. Pemberian air

dilakukan jika kadar air tanah (KAT) sudah mendekati titik layu permanen (TLP)

sampai kadar air tanah kembali ke kapasitas lapang (KL) tanah tersebut. Adapun

jumlah air yang diberikan harus sesuai dengan jenis tanahnya sehingga jumlah air

yang diberikan tidak melebihi kapasitas lapang tanah tersebut. Kebutuhan air

dapat diketahui dengan menggunakan sensor jika kontrol pemberian air

menggunakan sistem kontrol tertutup. Penggunaan sensor sudah umum dilakukan

sehingga untuk ujicoba penelitian ini digunakan sistem kontrol terbuka dengan

data simulasi sebagai masukan bagi sistem kontrol. Data simulasi merupakan

keluaran dari software. Data simulasi ini digunakan sebagai data ujicoba dengan

asumsi keadaan di lapangan sama seperti simulasi. Pada saat keadaan berbeda

maka perlu dilakukan koreksi terhadap data masukan.

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Merancang sistem kontrol debit air pompa AC menggunakan Pulse Width

Modulation (PWM).

2. Mengujicoba hasil rancangan menggunakan piranti lunak simulasi neraca air

tanah.

Ruang Lingkup Penelitian

Kegiatan yang dilakukan pada penelitan ini adalah melakukan perancangan

sistem kontrol Pulse Width Modulation untuk mengatur debit pompa AC. Hasil

perancangan diujicoba di laboratorium terlebih dahulu. Setelah ujicoba

laboratorium kemudian dilakukan ujicoba fungsional di lapangan serta ujicoba

menggunakan sistem kontrol tertutup.

3

METODE

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilaksanakan dari bulan Februari hingga bulan September 2013.

Pembuatan piranti keras berupa rangkaian elektronik dilakukan di Laboratorium

Instrumentasi dan Kontrol, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas

Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Pembuatan piranti lunak

dilaksanakan di Laboratorium Teknik Bioinformatika (TBI), Departemen Teknik

Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Pengujian fungsional dilakukan di Greenhouse Laboratium Lapangan Siswadhi

Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi

Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah solder, timah, obeng, tang,

bor tangan, gergaji besi, cutter, multimeter, dan penyedot timah. Adapun bahan-

bahan yang digunakan adalah mikrokontroler, downloader mikrokontroler, I2C

Peripheral, EMS-SD/MMC (Embedded Module Series-SD/MMC), MMC/SD-

Card, komputer notebook, timah solder, papan PCB, pompa AC, dan komponen-

komponen elektronik. Bahan-bahan utama dapat dilihat pada Gambar 2.

Prosedur Penelitian

Penelitian yang dilakukan adalah merancang sistem kontrol debit pompa AC

menggunakan Pulse Width Modulation (PWM). Biasanya kontrol PWM ini

dilakukan pada pompa DC namun pada penelitian ini dilakukan pada pompa AC.

Untuk melakukan kontrol PWM seperti ini diperlukan rangkaian elektronik yang

khusus untuk mengatur PWM pada AC.

(a) (b) (c) (d)

Gambar 2 Bahan-bahan Utama Piranti Keras

(a) Mikrokontroler, (b) I2C Peripheral, (c) EMS-SD/MMC,

dan (d) SD-Card

4

Perancangan Piranti Keras (Hardware)

Piranti keras ini terdiri dari beberapa modul dan rangkaian elektronik.

Modul elektronik menggunakan modul yang tersedia di pasaran. Rangkaian

elektronik yang digunakan pada penelitian ini merupakan rangkaian elektronik

yang telah dikembangkan untuk mengatur PWM motor AC1.

Dalam proses pembuatan suatu alat/mesin, fungsi-fungsi dari setiap bagian

alat/mesin harus diperhatikan agar tujuan perancangan dapat dicapai. Adapun

rancangan fungsional dari piranti keras (hardware) yang dibuat pada penelitian ini

adalah :

1. Pembaca Data Memory

Fungsi ini dikerjakan oleh EMS-SD/MMC yang dihubungkan dengan

mikrokontroler. EMS-SD/MMC adalah suatu modul elektronik untuk

menyederhanakan antarmuka antara SD-Card (atau MMC) dan mikrokontroler.

EMS-SD/MMC membaca data yang berada di dalam SD-Card atau MMC.

2. Pengatur Proses Kontrol

Proses kontrol diatur oleh mikrokontroler dengan I2C Peripheral sebagai

penghitung waktu. I2C Peripheral merupakan suatu modul yang tersusun atas

Real Time Clock (RTC) sebagai penghitung waktu, dan EEPROM yang

semuanya menggunakan antarmuka I2C. Integrate circuit (IC) yang dipasang

pada I2C untuk RTC adalah IC DS1307.

3. Pengatur Kecepatan Putar (PWM) Pompa

Kecepatan putar pompa AC dapat diatur menggunakan rangkaian elektronik

yang tersusun atas rangkaian zero crossing, pembalik logika, pembangkit

sinyal, dan rangkaian on-off.

Ujicoba Fungsional

Uji fungsional dilakukan untuk mengetahui apakah alat dapat bekerja sesuai

tujuan atau tidak. Alat dibuat untuk mengatur kecepatan putar dan debit pompa

AC maka parameter-parameter yang dilihat pada uji fungsional berkaitan dengan

putaran dan debit yang keluar dari pompa.

Kontrol debit melalui PWM ini dapat dilakukan pada semua jenis pompa

AC. Ujicoba fungsional sistem yang dikembangkan ini dilakukan pada pompa

untuk irigasi. Ujicoba dilakukan dengan sistem kontrol terbuka. Input yang

digunakan adalah data dari piranti lunak. Piranti lunak yang digunakan adalah

piranti lunak simulasi neraca air tanah2. Piranti lunak tersebut dimodifikasi untuk

mendapatkan data kebutuhan irigasi dan ujicoba pada piranti keras. Data yang

didapatkan dari piranti lunak ini merupakan data hasil simulasi sehingga pada

penerapannya dapat diganti menggunakan sensor atau dikombinasikan antara data

simulasi dengan hasil data dari sensor.

1 Rangkaian elektronik kontrol PWM motor AC yang telah dikembangkan oleh Dr. Ir. I Dewa

Made Subrata, M.Agr. 2 Piranti lunak simulasi neraca kadar air tanah yang telah dikembangkan oleh Dr. Ir. Mohamad

Solahudin, M.Si.

5

HASIL DAN PEMBAHASAN

Perancangan Piranti Keras

Perancangan yang dilakukan adalah perancangan rangkaian elektronik untuk

proses kontrol. Objek yang akan dikontrol adalah debit keluaran pompa AC

berdasarkan Pulse Width Modulation (PWM).

Pulse Width Modulation (PWM)

Pulse Width Modulation adalah pengaturan lebar sinyal keluaran yang

dinyatakan dalam pulsa dalam suatu perioda untuk mendapatkan tegangan rata-

rata yang berbeda (Prayogo, 2012). Perangkat lunak yang dikembangan didesain

untuk mengatur sinyal keluaran arus AC dengan cara memotong bagian dari

gelombang sinusoidal.

Gambar 3 Sinyal PWM

Gelombang PWM memiliki duty cycle. Duty cycle adalah persentase sinyal

HIGH terhadap sinyal keseluruhan dalam satu periode. Misalnya duty cycle 75%

berarti dalam periode tersebut sinyal keluarannya adalah 75% HIGH dan 25%

LOW sehingga tegangan yang keluar adalah ¾ dari tegangan yang masuk. Jika

tegangannya 220 Volt, maka pada duty cycle 75% tegangan keluarnya adalah 165

Volt.

Sistem Kontrol Otomatis

Menurut Subrata (2009) sistem kontrol otomatis adalah sistem kontrol

umpan balik dengan acuan masukan atau keluaran yang dikehendaki dapat

konstan atau berubah secara perlahan dengan berjalannya waktu. Tugas utama

sistem kontrol adalah menjaga keluaran sebenarnya tetap berada pada nilai yang

dikehendaki. Banyak contoh sistem kontrol otomatis, diantaranya adalah

pengaturan kadar pH pada nutrisi untuk tanaman dalam rumah tanaman.

Sistem kontrol rangkaian terbuka (open loop control system) merupakan

sistem yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol.

Dengan kata lain, sistem kontrol rangkaian terbuka keluarannya tidak dapat

digunakan sebagai perbandingan umpan balik dengan masukan. Suatu contoh

sederhana adalah mesin cuci. Perendaman, pencucian dan pembilasan dalam

mesin cuci dilakukan atas basis waktu. Mesin ini tidak mengukur sinyal keluaran

yaitu tingkat kebersihan kain (Subrata, 2009).

6

Gambar 4 Diagram Blok Sistem Kontrol Rangkaian Terbuka

Sistem kontrol rangkaian tertutup (closed-loop control system) merupakan

sistem pengendalian dimana besaran keluaran memberikan efek terhadap besaran

masukan sehingga besaran yang dikendalikan dapat dibandingkan terhadap harga

yang diinginkan melalui alat pencatat (indikator atau rekorder). Perbedaan yang

terjadi antara besaran yang dikendalikan dan penunjukan pada alat pencatat

digunakan sebagai koreksi.

Gambar 5 Diagram Blok Sistem Kontrol Rangkaian Tertutup

Jenis sistem kontrol yang dikembangkan untuk ujicoba fungsional hardware

ini merupakan sistem kontrol terbuka. Masukan yang dibutuhkan sistem untuk

melakukan proses kontrol adalaha data hasil simulasi yang terdapat dalam EMS-

SD/MMC. Data ini akan diproses oleh mikrokontroler sebagai pengendali proses.

Keluaran yang dihasilkan sistem adalah debit dan lama penyalaan pompa

berdasarkan kebutuhan tanaman.

Kontrol debit pompa menggunakan PWM ini dilakukan jika debit pompa

yang digunakan lebih besar dari kebutuhan. Selain kontrol PWM dapat juga

dilakukan kontrol on-off atau kontrol katup keluaran.

EMS-SD/MMC Mikrokontroler Pompa Irigasi

Gambar 6 Diagram Sistem Kontrol

Proses Output Input

Proses Input Output

Feedback

7

Ujicoba piranti keras ini dilakukan dengan sistem kontrol tertutup dengan

masukan berupa file. File ini dihasilkan dengan memodifikasi piranti lunak. File

yang akan dibaca oleh mikrokontroler dengan bantuan EMS-SD/MMC adalah

“data.txt” yang ada dalam memory card (SD/MMC). Pengambilan data dari

memory card memerlukan memori mikrokontroler yang cukup besar, maka agar

proses kontrol dapat berjalan lancar dipilih mikrokontroler ATMega32.

Mikrokontroler ini dapat diganti menggunakan mikrokontroler yang memiliki

memori lebih besar seperti ATMega64.

Sistem Kerja Piranti Keras

Pusat kontrol (Central Processing Unit/CPU) dari piranti keras yang

dikembangkan adalah mikrokontroler ATMega32 yang memiliki 32 pin. Pin ini

dibagi menjadi 4 Port yaitu Port A, B, C, dan D. Port yang digunakan untuk

sistem ini ada 3 (tiga) yaitu B, C, dan D. Port A tidak digunakan agar sistem dapat

dikembangkan dengan menggunakan sensor. Port A merupakan ADC (Analog to

Digital Converter). Pengunaan port dan pin mikrokontroler dapat dilihat pada

Tabel 1.

Tabel 1 Penggunaan Port Mikrokontroler

PORT PIN Keterangan

A 0 – 7 Tidak digunakan. Dapat digunakan sebagai

ADC (Analog to Digital Converter).

B 0,1 SDA dan SCL

2,3,4,5,6,7 EMS-SD/MMC

C 0 – 7 LCD 2x16 Display

D 0 Kontrol Relay ON-OFF

1,2,3 Kontrol PWM AC

4,5,6,7 Tidak digunakan. PIND.7 dapat digunakan

untuk kontrol PWM Motor DC.

Untuk memrogram mikrokontroler digunakan sebuah piranti lunak yaitu

Code Vision AVR. Code Vision AVR menggunakan bahasa pemrograman C.

Program utama untuk sistem kontrol ini dapat dilihat pada Lampiran 1.

Sistem kerja dari perangkat keras ini merupakan sistem kontrol terbuka

yang keadaan keluaran tidak memberikan umpan balik kepada masukan. Sistem

kontrol seperti ini menjadi tidak presisi jika keadaan keluaran tidak sesuai. Dalam

kontrol irigasi ini, agar kontrol tetap presisi maka dilakukan koreksi setiap hari.

Pengguna harus memasukkan angka selisih antara keaadaan simulasi dengan

keadaan nyata harian di lapangan.

Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya bahwa keluaran dari piranti

lunak akan dijadikan masukan bagi piranti keras. Piranti lunak menghasilkan file

“data.txt” yang berisi PWM yang dibutuhkan serta lama aplikasi irigasi. File

disimpan ke dalam memory card untuk proses kontrol. Memory card (SD-Card/

MMC) yang sudah berisi file “data.txt” dimasukkan (di-insert) ke dalam EMS-

SD/MMC. EMS-SD/MMC dihubungkan dengan mikrokontroler pada Port B,

namun tidak semua port digunakan untuk EMS-SD/MMC. SDA dan SCL (Port

B.0 dan B.1) diambil dari DT-I/O I2C Peripheral yang berisi IC DS1307 sebagai

8

Real Time Clock (RTC) agar proses kontrol dapat dilakukan berdasarkan waktu

yang sebenarnya.

Pada saat piranti keras dijalankan, hal yang pertama dilakukan sistem adalah

mendeteksi apakah ada memory card di dalam EMS-SD/MMC atau tidak. Jika

memori tidak ada maka sistem akan meminta memasukkan memori, sebaliknya

jika memori sudah ada maka sistem akan membaca file “data.txt” kemudian

membuat file baru dengan nama “output.txt”. Pembuatan file baru ini bertujuan

agar kontrol dapat terus berjalan meskipun sistem mengalami mati pada saat

proses kontrol. File “output.txt” berisi catatan jumlah aplikasi irigasi yang

dilakukan. Misalnya, pertama kali sistem berjalan pada tanggal 15, dengan kata

lain file “output.txt” dibuat pada tanggal 15. Pada tanggal 19 file “ouput.txt”

sudah berisi 4 (empat) data sehingga sistem akan otomatis mengambil data kelima

dari file “data.txt”. Setelah aplikasi irigasi selesai dilakukan, catatan jumlah

aplikasi irigasi dalam “output.txt” juga akan berubah.

Sistem akan selalu mengecek tanggal dan waktu setiap saat. Pada saat waktu

RTC sesuai dengan waktu mulai pemberian irigasi maka sistem akan bekerja

mengatur pompa. Lama bekerja sistem dan pemilihan PWM berdasarkan atas data

yang berada pada file “data.txt”. Setelah bekerja sesuai data, pompa akan otomatis

dimatikan oleh sistem. Sistem akan terus bekerja sepert ini sampai data pada file

“data.txt” dikerjakan seluruhnya (sampai masa panen). Diagram alir kerja sistem

dapat dilihat pada Lampiran 2.

Kontrol PWM Pompa AC

Kontrol PWM arus AC tidak dapat langsung dilakukan seperti pada arus DC.

Gelombang arus DC berupa gelombang kotak sehingga persentase sinyal HIGH

PWM dapat langsung diatur menggunakan mikrokontroler. Gelombang arus AC

berbeda dengan DC. Gelombang arus AC berupa sinusoidal sehingga perlu

rangkaian elektronik tambahan jika akan dilakukan kontrol PWM pada pompa AC.

Kontrol PWM pompa AC tidak dilakukan dengan pengaturan HIGH-LOW

sinyal namun dengan cara memotong gelombang sinusoidal sehingga tegangan

dan daya keluaran menjadi berkurang. Jika tegangan dan daya yang keluar lebih

kecil maka kecepatan putar pompa juga akan berkurang. Dengan berkurangnya

kecepatan putar pompa maka debit yang keluar juga berkurang.

Piranti keras yang dikembangkan terdiri dari modul dan rangkaian

elektronik. Piranti keras yang berupa rangkaian elektronik ini terdiri dari

gabungan beberapa rangkaian yaitu zero crossing, pembalik logika, pembangkit

sinyal, dan rangkaian on-off untuk arus AC. Rangkaian dapat dilihat pada Gambar

7 dan 8 atau pada Lampiran 3.

9

Gambar 7 Rangkaian zero crossing, pembalik logika, dan pembangkit

gelombang

Gambar 8 Rangkaian ON-OFF beban AC

Rangkaian ini akan berjalan sesuai dengan fungsinya jika syarat-syaratnya

terpenuhi. Adapun syarat-syarat tersebut adalah :

Tegangan yang masuk ke rangkaian zero crossing harus sama atau mendekati

spesifikasi kebutuhan tegangan IC pada rangkaian zero crossing. Pada

rangkaian ini, tegangan yang digunakan adalah 6 Volt AC. Rangkaian zero

crossing akan mengubah gelombang sinusoidal menjadi gelombang kotak.

Frekuensi gelombang PWM sama dengan dua kali frekuensi AC.

GROUND yang dipakai digabungkan antara GROUND AC dan DC.

Perubahan logika dari 0 ke 1 pada sinyal PWM harus terjadi pada saat crossing

antara AC dan DC.

Keluaran dari rangkaian zero crossing adalah gelombang kotak dengan

persentase sinyal HIGH lebih besar dari sinyal LOW. Gelombang ini kemudian

masuk ke rangkaian pembalik logika dengan komponen utama IC 7LS400.

Gelombang keluaran dari IC 7LS400 adalah gelombang kotak dengan persentase

sinyal LOW lebih besar dari sinyal HIGH. Pembalikan bentuk gelombang ini

berfungsi untuk men-trigger (memacu) pengaktifan IC pembangkit sinyal yaitu

NE555. Gelombang seperti itu dapat diumpamakan sebagai sakelar atau switch.

IC NE555 akan menghasilkan gelombang keluaran berupa gelombang kotak

dengan variasi HIGH-LOW berdasarkan nilai logika A, B, C (kaki 11, 10, dan 9)

dan hambatan pada kaki 1, 2, 4, 12, 13, 14, 15 pada IC4051. Hambatan yang

digunakan dapat berupa hambatan tetap (resistor) ataupun hambatan varibel

(potensiometer). Pada pembuatan piranti keras ini digunakan hambatan tetap

10

dengan satu hambatan variabel pada kaki 4 serta menggunakan mikrokontroler

untuk memasukkan nilai logika pada kaki 9, 10, dan 11.

Gelombang keluaran dari IC NE555 menjadi masukan bagi rangkaian on-off

beban AC. Keluaran dari NE555 masuk ke kaki 2 IC MOC3020. Gelombang yang

masuk ini akan mencacah gelombang sinusoidal AC seperti pada Gambar 9.

Bagian yang tidak diarsir merupakan tegangan dan daya yang keluar untuk beban

AC. Bagian yang diarsir merupakan tegangan dan daya yang dihilangkan. Bentuk

gelombang kotak yang berbeda-beda akan menghasilkan variasi pencacahan

gelombang sinusoidal yang berbeda pula. Variasi tegangan keluaran yang

dihasilkan akan menghasilkan tegangan keluaran dan kecepatan putar pompa yang

bervariasi.

Gambar 9 Pencacahan Gelombang Sinusoidal

Ujicoba Fungsional

Uji Laboratorium

Piranti keras yang dikembangkan memerlukan listrik AC 220 Volt sebagai

masukan. Arus listrik yang keluar dari transformator ada yang diubah menjadi DC

namun ada juga yang tetap arus AC. Piranti keras juga dilengkapi dengan power

supply DC dan relay. Power supply berfungsi sebagai penyedia tegangan dan arus

untuk mikrokontroler, LCD, RTC, dan EMS-SD/MMC. Relay berfungsi sebagai

sistem pengatur on-off AC tambahan. Rancangan struktural piranti keras dapat

dilihat pada Gambar 10.

11

Gambar 10 Rancangan Struktural Piranti Keras

Sebelum dilakukan ujicoba menggunakan pompa di lapangan, dilakukan

ujicoba laboratorium terlebih dahulu. Ujicoba laboratorium dilakukan tiga kali.

Pada ujicoba pertama, rangkaian kontrol PWM tidak bekerja sehingga dibuat

rangkaian baru untuk ujicoba berikutnya. Pada ujicoba kedua, rangkaian kontrol

PWM sudah berjalan namun ada beberapa kombinasi logika yang tidak berjalan

sehingga ada pergantian komponen pada masukan ke kaki 2 IC NE555 yaitu

kapasitor non-polar 22 nF diganti dengan kapasitor polar 1 µF. Setelah dilakukan

pergantian komponen maka dilakukan ujicoba ketiga untuk membandingkan

gelombang keluaran dengan gelombang AC. Pengukuran gelombang keluaran

dilakukan dengan menggunakan oscilloscope. Hasil ujicoba ketiga dapat dilihat

pada Gambar 11.

(a)

(b)

(c)

(d)

12

(e)

Gambar 11 Gelombang Keluaran Piranti Keras Pada Beberapa Duty Cycle

(a) duty cycle 0%, (b) duty cycle 25%, (c) duty cycle 50%,

(d) duty cycle 75%, dan (e) duty cycle 100%

Hasil-hasil di atas didapatkan dengan cara mengatur hambatan variabel. Jika

menggunakan logika mikrokontroler maka duty cycle yang dihasilkan

ditampilkan pada Tabel 2. Pada saat pengukuran, tegangan listrik adalah 210 Volt.

Dengan kata lain duty cycle 100% akan menghasilkan tegangan 210 Volt.

Tabel 2 Kombinasi Logika dari Mikrokontroler

Nilai Logika Pin Vout

(volt)

Duty cycle

(%) A B C

1 1 1 0 0

0 1 1 103 49

1 0 1 103 49

0 0 1 139 66

1 1 0 179 85

0 1 0 195 93

1 0 0 200 95

0 0 0 209 99

Gelombang keluaran yang dihasilkan jika kontrol menggunakan

mikrokontroler dapat dilihat pada Gambar 12.

13

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

(g) (h)

Gambar 12 Gelombang Keluaran Pada Berbagai Kombinasi Logika

(a) 1-1-1, (b) 0-1-1, (c) 1-0-1, (d) 0-0-1, (e) 1-1-0,

(f) 0-1-0, (g) 1-0-0, dan (h) 0-0-0

14

Uji Lapangan

Pengujian di lapangan dilakukan menggunakan dua jenis pompa AC yaitu

pompa hisap dan pompa celup. Spesifikasi pompa yang digunakan dapat dilihat

pada Tabel 3.

Tabel 3 Spesifikasi Pompa yang Digunakan

Merk dan Jenis Pompa Spesifikasi

Pompa Hisap

PANASONIC GA-130JAK 125 W

Daya : 125 Watt

Kapasitas Air Min. : 18 liter/menit

Sakelar Tekanan : 1.1 – 1.8 kgf/cm2

Tinggi Aliran Min. : 27 m

Daya Hisap : 9 m

Pipa Hisap : 1 in

Pipa Dorong : 1 in

Pompa Celup

Wasser WD-80E

Daya : 80 Watt

Kapasitas Max. : 40 liter/menit

Pipa Discharge : ¾ in

Head Max. : 4.5 m

Parameter utama yang diukur pada saat pengujian di lapangan adalah debit

air yang keluar dari pompa pada tegangan tertentu. Secara umum debit yang

keluar berbanding lurus dengan tegangan. Hubungan debit dan tegangan dapat

dilihat pada Gambar 13 dan Gambar 14.

Gambar 13 Grafik Hubungan Debit dan Tegangan pada Pompa Hisap

15

Gambar 14 Grafik Hubungan Debit dan Tegangan pada Pompa Celup

Berdasarkan Gambar 13 dapat dilihat bahwa pompa hisap yang digunakan

hanya mampu bekerja jika tegangan berada diatas 169 Volt (duty cycle > 76.8%).

Jika akan dilakukan kontrol PWM terhadap pompa jenis ini maka variasi kontrol

PWM harus menggunakan duty cycle lebih besar dari 76.8%. Berbeda dengan

pompa hisap, pompa celup dapat bekerja jika tegangan berada diatas 129 Volt

(duty cycle > 58.6%) (Gambar 14). Oleh karena pompa celup masih dapat bekerja

pada tegangan yang lebih kecil daripada tegangan minimum pompa hisap maka

variasi kontrol PWM untuk pompa celup menjadi lebih banyak dibandingkan

dengan pompa hisap. Secara lengkap data hasil pengukuran dapat dilihat pada

Lampiran 4 dan Lampiran 5.

Dari hasil ujicoba di lapangan dapat diketahui bahwa setiap pompa memiliki

batas tegangan masukan minimum agar pompa dapat bekerja. Jenis pompa hisap

memiliki kebutuhan daya yang lebih besar dibandingkan dengan pompa celup.

Jika dibandingkan antara hasil ujicoba di lapangan dengan hasil pengukuran

di laboratorium, dapat diketahui bahwa piranti lunak yang dikembangkan sudah

mampu melakukan kontrol pada empat tingkat duty cycle yaitu 85%, 93%, 95%,

dan 99% (Tabel 2). Pada duty cycle 66% kontrol hanya dapat dilakukan pada jenis

pompa celup saja. Kontrol PWM tidak dapat dilakukan pada pompa hisap maupun

pompa celup jika duty cycle di bawah 66%.

Pada saat ujicoba di lapangan, irigasi tetes dapat berfungsi pada empat

tingkat duty cycle yang dihasilkan piranti keras. Ujicoba dilakukan menggunakan

10 penetes sehingga tekanan operasi yang diperlukan juga tidak terlalu besar.

Penurunan duty cycle (penurunan tegangan) akan menurunkan tekanan pompa

sehingga diperlukan penelitian lebih lanjut jika kontrol PWM pompa AC akan

diaplikasikan pada lahan yang luas.

16

Modifikasi Piranti Lunak

Menurut Galitz (2007) untuk membuat sebuah sistem yang benar-benar

bermanfaat, perancang harus :

1. Mengetahui bagaimana pengguna berinteraksi dengan komputer.

2. Mengetahui karekteristik penting manusia dalam desain.

3. Mengidentifikasi tingkatan pengetahuan dan pengalaman pengguna.

4. Mengidentifikasi karakteristik kebutuhan, tugas, dan pekerjaan pengguna.

5. Mengidentifikasi karakteristik psikologis pengguna.

6. Mengidentifikasi karakteristik fisik pengguna.

7. Menggunakan metode yang direkomendasikan untuk mengetahui keadaan

pengguna.

Piranti lunak yang dimodifikasi memiliki spesifikasi sebagai berikut :

1. Berbasis Windows

Operating System yang umum digunakan adalah Windows. Piranti lunak

dibuat agar dapat dengan mudah di-install dan dijalankan pada Operating

System ini. Piranti lunak dikembangkan menggunakan Visual Basic 6.0. Piranti

lunak ini berbasis desktop dan berjalan secara offline.

Menurut Basuki (2006) bahasa BASIC (Beginners All-Purpose Symbolic

Instruction Code) pada dasarnya adalah bahasa yang mudah dimengerti

sehingga pemrograman di dalam bahasa Basic dapat dengan mudah dilakukan

meskipun oleh orang yang baru belajar membuat program. Hal ini lebih mudah

lagi setelah hadirnya Microsoft Visual Basic, yang dibangun dari ide untuk

membuat bahasa yang sederhana dan mudah dalam pembuatan scriptnya

(simple scripting language) untuk graphic user interface (GUI) yang

dikembangkan dalam sistem operasi Microsoft Windows.

2. Resolusi 800x600

Pemilihan resolusi ini dimaksudkan agar piranti lunak dapat ditampilkan

secara keseluruhan pada berbagai jenis layar. Resolusi minimal layar monitor

untuk menjalankan Windows adalah 800x600.

Gambar 15 Tampilan Halaman Utama Piranti Lunak

17

Masukan dan Keluaran Piranti Lunak

Sebuah sistem bekerja dengan cara menerima masukan (input) untuk

menghasilkan keluaran (output). Data cuaca yang diperlukan untuk input simulasi

adalah suhu maksimum harian, suhu minimum harian, suhu rata-rata harian,

kelembaban harian (RH), kecepatan angin harian, curah hujan harian, evaporasi

potensial harian (Ep), dan radiasi surya harian. Data cuaca ini digabungkan dalam

satu file dengan format comma delimited (*.csv) agar dapat diolah menggunakan

piranti lunak. Setiap daerah memiliki data cuaca yang berbeda-beda. Data cuaca

disimpan dengan nama lokasi stasiun cuaca, misalnya “tasikmalaya.csv”. Agar

simulasi dapat berjalan lancar, file masukan memiliki data cuaca selama dua tahun

atau lebih.

Gambar 16 Contoh File Masukan

Data cuaca ini diolah oleh sistem sehingga menghasilkan file keluaran

dalam format text file (*.txt) dengan nama “data.txt”. File ini berisi dua data

kontrol yaitu tingkat PWM dan lama aplikasi irigasi. Tingkat PWM dinyatakan

dalam satuan tegangan (volt) dengan asusmsi tegangan maksimal adalah 220 Volt.

Lama aplikasi irigasi dinyatakan dalam menit.

Tingkat PWM yang dipilih dihitung berdasarkan perbandingan antara

kebutuhan air tanaman dengan pompa yang digunakan untuk irigasi. Pemilihan

PWM mengikuti Tabel 2. Jika debit yang dibutuhkan lebih besar atau sama

dengan kapasitas pompa maka duty cycle yang dipilih adalah 100%. jika debit

18

yang dibutuhkan lebih kecil dari kapasitas pompa maka duty cycle yang dipilih

berada dibawah 100%.

File “data.txt” merupakan file yang akan dibaca oleh piranti keras. File ini

disalin ke memory card untuk proses kontrol.

Menu-menu dalam Piranti Lunak

Piranti lunak ini terdiri dari beberapa menu utama, yaitu :

1. Kebutuhan Irigasi

Menu ini merupakan piranti lunak simulasi neraca air tanah yang telah

dimodifikasi. Piranti lunak simulasi ini awalnya hanya menampilkan hasil dalam

bentuk grafik dan tabel, kemudian dilakukan sedikit modifikasi sehingga

menghasilkan keluaran file dengan nama “kebutuhan.txt”. File secara otomatis

tersimpan di tempat sistem ter-install. File ini dijadikan masukan yang dikerjakan

oleh menu selanjutnya.

Gambar 17 Sub-menu Perhitungan Sistem

Piranti lunak ini dapat berjalan jika masukan yang dibutuhkan telah diisi

oleh pengguna. Adapun masukan (input) tersebut adalah :

Data Lokasi

Data yang dibutuhkan adalah lokasi tempat aplikasi sistem, tekstur tanah di

lokasi tersebut, serta jenis tanaman yang akan dibudidayakan. Lokasi yang

sudah tersedia pada sistem adalah Aceh, Tasikmalaya, dan Gumarang. Jenis

tanaman yang ada adalah padi dan jagung, namun yang sesuai dihitung untuk

irigasi tetes adalah jagung saja. Adapun tekstur tanah yang disediakan sistem

adalah fine sand, fine sandy loam, dan sandy clay loam.

19

Gambar 18 Tektstur Fine Sand

(Sumber : landscaping.bz)

Gambar 19 Tekstur Sandy Loam

(Sumber : canbylandscape.com)

Gambar 20 Tekstur Sandy Clay Loam

(Sumber : dpi.vic.gov.au)

Badan Pertanahan Nasional mendefinisikan bahwa tekstur tanah

adalah keadaan tingkat kehalusan tanah yang terjadi karena terdapatnya

perbedaan komposisi kandungan fraksi pasir, debu dan liat yang terkandung

20

pada tanah. Dari ketiga jenis fraksi tersebut partikel pasir mempunyai

ukuran diameter paling besar yaitu 2 – 0.05 mm, debu dengan ukuran 0.05 –

0.002 mm dan liat dengan ukuran < 0.002 mm. Perbandingan tekstur

penyusun tanah dapat dilihat pada Gambar 21.

Gambar 21 Grafik Seigitiga Tekstur Tanah

Data untuk Simulasi Biomassa Tanaman

Data yang dibutuhkan adalah tanggal tanam dan Leaf Area Index (LAI)

tanaman pada tiap tahap pertumbuhan. Tanggal tanam yang digunakan

berdasarkan kalender Julian date sehingga satu tahun terdiri dari 365 hari.

Misalnya tanaman akan ditanam pada tanggal 2 Februari maka tanggal

tanam yang dimasukan ke dalam sistem adalah 33.

Leaf Area Index merupakan perbandingan luas daun (satu sisi permukaan

saja) tanaman terhadap luas permukaan tanah tempat tanaman tersebut

tumbuh. Leaf Area Index atau Indeks Luas Daun juga dapat diartikan

perbandingan luas daun total dengan luas tanah yang ditutupi atau luas daun

di atas suatu luasan tanah.

Data Perubahan Iklim

Data untuk perubahan iklim adalah perubahan suhu rata-rata (oC) dan

perubahan curah hujan (%).

Data Neraca Air Tanah

Data untuk menghitung neraca air tanah adalah kedalaman tanah/

kedalaman perakaran (cm), kemiringan tanah (o), dan kadar air tanah awal

saat perhitungan (mm).

Setelah data-data di atas diisi, file hasil simulasi harus disimpan. Setelah

lokasi penyimpanan file dipilih maka simulasi dapat dilakukan. Hasil simulasi

adalah grafik pertumbuhan tanaman, grafik neraca air, perkiraan hasil panen,

dan grafik kadar air tanah selama masa tanam.

21

Gambar 22 Hasil Simulasi

Grafik yang dipakai untuk proses kontrol adalah grafik kadar air tanah.

Pada grafik ini terdapat semua komponen yang dibutuhkan untuk menghitung

kebutuhan irigasi.

KAT (Kadar Air Tanah)

Kadar air tanah dinyatakan dalam satuan jumlah air (%). Menurut Handoko

(1994), kadar air tanah dapat dinyatakan dalam % massa dan % volume.

Kadar air tanah berdasarkan % massa (gravimetrik) :

%100xM

M

s

w

m

Kadar air tanah berdasarkan % volume (volumetrik) :

%100%100 xVVV

Vx

V

V

saw

w

t

w

m

Ms : massa tanah kering (g)

Mw : massa air (g)

Vt : volume total (cm3)

Vs : volume padatan tanah kering (cm3)

Va : volume udara (cm3)

Vw : volume air (cm3)

TLP (Titik Layu Permanen)

Tanaman dapat menggunakan air tanah sampai batas tertentu yang disebut

titik layu permanen. Bila energi potensial antara tanah dan atmosfer sama

dengan nol maka aliran air melalui tanaman (transpirasi) akan terhenti dan

tanaman akan layu (Handoko, 1994).

22

KL (Kapasitas Lapang)

Kapasitas lapang adalah batas pada saat perkolasi air terhenti karena gaya

gravitasi sudah seimbang dengan gaya tarik tanah (matriks potensial tanah)

(Handoko, 1994).

Titik Aman

Titik/batas aman ini tidak ada batasan khusus. Batas aman ini dapat

berbeda-beda disesuaikan dengan kebijakan perusahaan yang akan

mengaplikasikan sistem. Pada sistem ini batas aman dibuat sepertiga dari

selisih Kapasitas Lapang dan Titik Layu Permanen.

TLP

TLPKLAman

3

KL : Kapasitas Lapang (mm)

TLP : Titik Layu Permanen (mm)

Gambar 23 Grafik Kadar Air Tanah

Batas aman menjadi penentu apakah hari tersebut akan dilakukan

aplikasi irigasi atau tidak. Jika kadar air tanah pada hari tersebut berada di

atas batas aman maka irigasi tidak akan dilakukan, dengan kata lain

kebutuhan air tanaman pada hari itu adalah nol. Sebaliknya, jika kadar air

tanah berada di bawah batas aman maka perlu dilakukan aplikasi irigasi

sampai kadar air tanah mencapai kapasitas lapang. Jumlah air yang

dibutuhkan ini disimpan ke dalam file “kebutuhan.txt”. Contoh file

“kebutuhan.txt” dapat dilihat pada Lampiran 6.

Saat dilakukan aplikasi irigasi, kadar air tanah akan berubah. Jumlah

air diberikan hingga mencapai kapasitas lapang tanah sehingga kadar air

tanah juga berubah hingga mencapai kapasitas lapang. Perubahan kadar air

tanah akibat irigasi ini dapat dilihat pada Gambar 24.

23

Gambar 24 Grafik Hasil Koreksi Akibat Irigasi

2. Kontrol Irigasi

Menu ini memerlukan file “kebutuhan.txt” sebagai masukan. File ini

berisi angka-angka hasil perhitungan kebutuhan air tanaman dalam satuan mm.

Jika file tersebut bukan file yang dimaksud, maka file “kebutuhan.txt” dapat

dimasukan secara manual dengan menekan tombol “Input Data Manual”.

File “kebutuhan.txt” berisi data kebutuhan air dalam satuan (mm). Data-data

ini akan digunakan untuk menghitung putaran pompa atau debit yang

dibutuhkan.

Gambar 25 Menu Kontrol Irigasi

Data-data mengenai pompa, lama irigasi yang diinginkan, dan luas lahan

dimasukan secara manual untuk perhitungan dalam proses kontrol. Data-data

ini dijadikan dasar dalam pemilihan debit dan putaran pompa (PWM) yang

sesuai. Data spesifikasi pompa adalah head pompa maksimum, daya

hisap/dorong, kapisitas pompa, diameter pipa hisap, dan diameter pipa dorong.

Perhitungan debit dan putaran pompa berdasarkan pada perbandingan

kebutuhan air dengan kapasitas pompa.

Setelah mengisi semua data yang diperlukan, data untuk kontrol akan

tersimpan dengan nama file “data.txt”. File ini kemudian harus disalin ke

24

dalam memory card external berupa SD-Card atau MMC. Penyimpanan file

dalam memory card harus di luar, tidak berada di dalam folder.

3. Input Data Koreksi

Menu ini berfungsi untuk memasukkan data selisih antara data nyata di

lapangan dengan data simulasi. Data kadar air tanah hasil simulasi dapat dilihat

pada file “output.csv” dalam sistem piranti lunak. Angka koreksi yang

dimasukkan melalui menu merupakan angka selisih sehingga dapat berupa

bilangan positif atau negatif. Angka koreksi didapatkan dengan cara

mengurangkan data penambahan atau pengurangan kadar air tanah akibat

adanya pengairan atau hujan aktual dengan data simulasi. Jika hasilnya positif

maka keadaan air di lapangan melebihi keadaan simulasi dan sebaliknya jika

hasilnya negatif maka keadaan air di lapangan lebih sedikit dari hasil simulasi.

Angka koreksi bernilai nol jika keadaan aktual di lapangan sama dengan

keadaan hasil simulasi. Setelah data koreksi dimasukkan maka sistem akan

menghitung kebutuhan air kembali. Perubahan kadar air tanah dihitung dengan

asumsi data lain tidak berubah.

Gambar 26 Menu Input Data Koreksi

4. Lihat Grafik Koreksi

Menu ini menampilkan grafik kadar air tanah (KAT) setelah dilakukan

koreksi baik akibat aplikasi irigasi maupun input data koreksi. Perubahan

grafik akibat dilakukan koreksi dapat dilihat pada Gambar 27. Gambar 27

menunjukkan perubahan grafik kadar air tanah pada Gambar 24 setelah

dimasukkan angka koreksi = 20 mm pada MST ke-10.

25

Gambar 27 Grafik Hasil Koreksi Menggunakan Menu

5. Bantuan

Menu ini berisi mengenai cara-cara menggunakan piranti lunak serta

penjelasan menu-menu dalam piranti lunak.

6. Keluar

Menu ini berfungsi untuk keluar dari sistem piranti lunak.

Keunggulan dan Kelemahan Piranti Lunak

Piranti lunak yang dikembangkan menggunakan data cuaca rata-rata selama

30 tahun. Data dari hasil simulasi ini sudah dapat digunakan untuk proses kontrol.

Keadaan di lapangan dapat saja berbeda dengan simulasi sehingga kadar air tanah

juga berbeda dari hasil perhitungan. Piranti lunak yang dikembangkan sudah

menyediakan menu untuk verifikasi, namun data hasil verifikasi harus

dimasukkan kembali ke dalam piranti keras sehingga akan menyusahkan

pengguna dalam prosesnya. Jika keadaan di lapangan tidak sesuai dengan hasil

simulasi maka setiap hari pengguna harus melakukan update data kontrol. Untuk

menghindari hal tersebut, akan lebih baik jika data hasil simulasi dijadikan

referensi dan dikombinasikan dengan data sensor. Data sensor menyediakan data

nyata di lapangan sedangkan data simulasi menyediakan data dari rata-rata selama

30 tahun. Dengan kombinasi kedua data tersebut, pemberian irigasi diharapkan

dapat lebih presisi.

Piranti lunak yang dikembangkan belum memerhatikan tekanan operasi dari

peralatan irigasi tetes. Untuk lahan yang kecil tekanan operasi tidak terlalu

menjadi masalah namun akan berbeda jika pada lahan yang luas.

26

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Kontrol Pulse Width Modulation (PWM) pada pompa AC sudah berhasil

dilakukan dan diujicoba di lapangan. Piranti keras bekerja dengan baik saat

diujicoba pada beberapa duty cycle yaitu 0%, 49%, 66%, 85%, 93%, 95%, dan

99%. Duty cycle yang dapat diaplikasikan pada semua jenis pompa agar pompa

irigasi dapat bekerja dengan baik adalah diatas 85%. Dalam ujicoba, sistem

kendali irigasi yang dikembangkan sudah menggabungkan piranti lunak dan

piranti keras dalam prosesnya. Piranti lunak menghasilkan data keperluan irigasi

yang dibutuhkan oleh piranti keras untuk melakukan kontrol. Piranti keras

dirancang agar dapat melakukan kontrol berdasarkan data dari piranti lunak.

Saran

Pengaturan debit pompa AC dengan menggunakan PWM lebih baik jika

diaplikasikan menggunakan pompa tipe celup atau dorong karena debit yang

dihasilkan memiliki variasi lebih banyak. Piranti keras ini dapat dikembangkan

dengan mengganti rangkaian elektronik agar kontrol PWM dapat dilakukan

langsung menggunakan timer pada mikrokontroler. Selain itu, proses kontrol

pemberian irigasi dapat dilakukan dengan mengombinasikan data hasil simulasi

dengan data nyata dari sensor di lapangan. Tekanan operasi yang tidak sesuai

akibat penurunan tegangan dapat diselesaikan dengan melakukan modifikasi

perhitungan dalam program piranti lunak atau modifikasi peralatan irigasi tetes

dengan menambah jumlah pompa.

27

DAFTAR PUSTAKA

Basuki A. 2006. Menggunakan Visual Basic 6.0. Surabaya (ID): Institut

Teknologi Sepuluh November.

Galitz WO. 2007. The Essential Guide to User Interface Design, 3rd Edition.

Canada (CA) : Wiley Publishing.

Handoko. 1994. Dasar Penyusunan dan Aplikasi Model Simulasi Komputer Untuk

Pertanian. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor.

Lubis RF. 2000. Krisis Air di Kota : Masalah dan upaya pemecahannya

(Perbandingan dengan upaya pemecahannya di Jepang). [Internet]. [diunduh

2012 Sept 30]. Tersedia pada : http://www.geotek.lipi.go.id/?p=652.

Madyana AM, Suyantohadi A, Kusuma Y. 2008. Otomasi Pemberian Larutan

Nutrisi Terhadap Media Pertumbuhan Tanaman Selada. [Internet]. Seminar

Nasional Teknik Pertanian 2008; 2008 Nov 18-19; Yogyakarta, Indonesia.

[penerbit tidak diketahui]. [diunduh 2012 Okt 4]. Tersedia di :

http://repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/8358/Madyana%20r

ev.pdf?sequence=1.

Prayogo R. 2012. Pengaturan Pulse Width Modulation (PWM) dengan PLC.

Malang (ID) : Universitas Brawijaya.

Prawiradisastra F. 2007. Kajian Penerapan Produksi Bersih Agroindustri Kerupuk

Ikan (Studi Kasus di Perusahaan Kerupuk Dua Gajah, Desa Kenanga,

Indramayu – Jawa Barat) [Skripsi]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor.

Satzinger JW, Jackson RB, Burd SD. System Analys and Design, 4th Edition.

Canada (CA) : Thomson Course Tech.

Sofwan A. 2005. Penerapan Fuzzy Logic Pada Sistem Pengaturan Jumlah Air

Berdasarkan Suhu dan Kelembaban. [Internet]. Seminar Nasional Aplikasi

Teknologi Informasi 2005 (SNATI 2005); 2005 Jun 18; Yogyakarta,

Indonesia. [penerbit tidak diketahui]. [diunduh 2012 Okt 4]. Tersedia di :

http://journal.uii.ac.id/index.php/Snati/article/viewFile/1332/1115.

Subrata IDM. 2009. Penuntun Praktikum Mata Kuliah Instrumentasi dan Kontrol.

Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor.

Utami L. 2010. Rancang Bangun Sistem Penyiraman Tanaman Secara Otomatis

Menggunakan Sensor Suhu LM35 Berbasis Mikrokontroler Atmega8535

[Skripsi]. Lampung (ID) : Universitas Lampung.

28

Lampiran 1 Program Utama Proses Kontrol

/*****************************************************

This program was produced by the

CodeWizardAVR V2.05.3 Standard

Automatic Program Generator

© Copyright 1998-2011 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l.

http://www.hpinfotech.com

Project : skripsi

Version : 1.0

Date : 4/3/2013

Author : heri heriyanto

Company : IPB

Comments:

Chip type : ATmega32A

Program type : Application

AVR Core Clock frequency : 11.05920 MHz

Memory model : Small

External RAM size : 0

Data Stack size : 512

*****************************************************/

#include <mega32a.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <alcd.h>

#include <string.h>

#include <i2c.h>

#include <ds1307.h>

#include "mmc.c"

#if TINY_FAT

#include "tff.c"

#else

#include "ff.c"

#endif

#include <delay.h>

#define ADC_VREF_TYPE 0x40

// Declare your global variables here

float jml1, jml2, jml[100];

char filename[30]="heri.txt";

char FBuffer[100]="";

char nl[3]="\n\r";

char *file;;

unsigned char data;

char foldername[10]="File";

unsigned char dta[5],dta2[5],loop;

unsigned int cobi;

FRESULT report;

unsigned char command,a,b,flag,sreg,bcd,cek,in;

char h,m,s,dd,mm,yy,wd,i,j,h1,m1,s1,dd1,mm1,yy1,wd1;

char kata[16],waktu[16],jenis[16],tanggal[16];

char FBuffer[100],Fbu[10],Fbu2[100];

29

Lampiran 1 Program Utama Proses Kontrol

/*****************************************************/

int x,u,hasil[10],y,hasil2[10], index,z,delta;

UINT bw;

FATFS fs; // Work area (file system object) for logical drive

FIL ftest; // file objects

FILINFO fno;

void clear_buffer()

{

for (data=0;data<100;data++)

{

FBuffer[data]=0;

}

}

void remove()

{

report=0;

do

{

report=f_unlink(filename);

}

while(report!=FR_OK);

}

void mount_on()

{

f_mount(0,&fs);

}

void mk_dir()

{

f_mkdir(foldername);

}

void mk_file()

{

report=0;

do

{

report=f_open(&ftest,filename, FA_OPEN_ALWAYS | FA_WRITE);

report=f_lseek(&ftest, f_size(&ftest));

}

while(report!=FR_OK);

}

void mk_file1()

{

report=0;

do

{

report=f_open(&ftest,filename, FA_CREATE_NEW | FA_WRITE);

30

Lampiran 1 Program Utama Proses Kontrol

/*****************************************************/

if (report==FR_EXIST)

{

index=index+1;

sprintf(filename,"output%d.txt",index);

sprintf(filename,"output%d.csv",index);

}

}

while(report!=FR_OK);

}

void write_data(void)

{

report=0;

do

{

report=f_write(&ftest, FBuffer, strlen(FBuffer), &bw);

}

while(report!=FR_OK);

}

void take_data(unsigned int len_data)

{ unsigned int len_data2;

index=0;

f_read(&ftest, FBuffer, 100, &bw);

for (data=0;data<10;data++)

{

//delay_ms(100);

putchar(FBuffer[data]);

}

putchar(0x0d);

lcd_clear();

lcd_gotoxy(0,0);

sprintf(Fbu,"");

for (i=0;i<strlen(FBuffer);i++)

{

if (FBuffer[i]=='\r')

{

jml[index]=atof(Fbu);

sprintf(kata,"%.2f,",jml[index]);

lcd_puts(kata);

}

if (FBuffer[i]=='\n'){

index++;

sprintf(Fbu,"");

}

else

{

sprintf(Fbu,"%s%c",Fbu,FBuffer[i]);

}

}

}

31

Lampiran 1 Program Utama Proses Kontrol

/*****************************************************/

void reading()

{

f_mount(0,&fs);

report=f_open(&ftest,filename, FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);

if (report==FR_NO_FILE)

{ lcd_clear();

lcd_puts("NO File");

delay_ms(500);

lcd_clear();

lcd_puts("Creating File");

mk_dir();

mk_file1();

lcd_clear();

}

else

{

take_data(200);

}

f_close(&ftest);

f_mount(0, NULL);

}

void mount_off()

{

f_close(&ftest);

f_mount(0, NULL);

}

void ganti_waktu()

{

do

{

report=f_utime(filename,&fno);

if (report!=FR_OK)

{

lcd_clear();

lcd_puts("Error");

}

}

while(report!=FR_OK);

}

DWORD get_fattime ()

{

rtc_get_date(&wd,&dd,&mm,&yy);

rtc_get_time(&h,&m,&s);

return ((DWORD)(yy+2000-1980) << 25) // Year = 2006

| ((DWORD)mm << 21) // Month = juli

| ((DWORD)dd << 16) // Day = 29

| ((WORD)h << 11) // Hour = 22

| ((WORD)m << 5) // Min = 30

| ((WORD)s >> 1) // Sec = 0

;

}

32

Lampiran 2 Diagram Alir Cara Kerja Sistem

33

Lampiran 3 Rangkaian Kontrol PWM AC

34

Lampiran 4 Hasil Pengukuran pada Pompa Hisap

V

(volt)

Waktu

(detik)

Debit

(l/detik)

Debit

(l/menit)

Debit

(m3/jam)

219 1.75 0.57 34.29 2.06

199 1.80 0.56 33.33 2.00

189 1.82 0.55 32.97 1.98

179 1.88 0.53 31.91 1.91

169 1.94 0.52 30.93 1.86

< 169 - - -

35

Lampiran 5 Hasil Pengukuran pada Pompa Celup

Tegangan

(volt)

Waktu

(detik)

Debit

(l/detik)

Debit

(l/min)

Debit

(m3/jam)

219 1.59 0.63 37.74 2.26

208 1.70 0.59 35.29 2.12

169 1.87 0.53 32.09 1.93

159 1.92 0.52 31.25 1.88

149 2.25 0.44 26.67 1.60

139 2.38 0.42 25.21 1.51

129 5.92 0.17 10.14 0.61

< 129 - - - -

36

Lampiran 6 File Output Sistem Piranti Lunak

File “kebutuhan.txt”

File “data.txt”

37

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Tasikmalaya pada tanggal 23 Januari

1991 dari ayah Iji Sarji dan ibu Wasliah. Penulis merupakan

anak pertama dari dua bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus

dari Madrasah Aliyah Al-Amin Kota Tasikmalaya dan pada

tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut

Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk

IPB (USMI).

Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi

asisten Fisika Tingkat Persiapan Bersama pada tahun ajaran

2010/2011 dan 2011/2012. Penulis juga pernah aktif di Dewan Perwakilan

Mahasiswa TPB IPB pada tahun 2009/2010. Pada tahun-tahun berikutnya penulis

aktif di kepengurusan Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA).

Penulis juga aktif mengikuti lomba karya tulis ilmiah. Beberapa prestasi yang

diraih penulis antara lain Juara II Lomba Karya Tulis Ilmiah Al-Qur’an Festival

Ilmuwan Muslim Nasional tahun 2011 dan Juara III Lomba Invitasi Nasional

Kelompok Studi CSR Lampung 2011. Penulis juga selalu aktif mengikuti

Program Kreativitas Mahasiswa. Setiap tahun mulai dari tahun 2010 penulis

selalu menerima dana hibah DIKTI untuk PKM ini. Jumlah proposal PKM penulis

yang didanai mulai tahun 2010 sampai 2013 adalah 9 proposal. Dari 9 proposal ini

4 proposal lolos PIMNAS dengan rincian 1 proposal pada tahun 2012 dan 3

proposal pada tahun 2013. Pada tahun 2012 penulis mendapatkan Medali setara

Emas pada PIMNAS tahun tersebut untuk PKM Bidang Penerapan Teknologi.

Selain mendapatkan medali emas, PKM tersebut juga mendapat Juara III pada

Tanoto Student Research Award Tahun 2012. Tahun 2013 merupakan tahun yang

bersejarah bagi penulis dan IPB karena pada tahun tersebut penulis beserta tim

mendapatkan pendanaan sebanyak 6 proposal PKM dan 3 proposal lolos

PIMNAS. Dari 3 PKM yang lolos PIMNAS ini, 2 PKM mendapatkan Juara II

(Sinatra Snails Trap) dan Juara III (Jail Phone Detector) pada Tanoto Student

Research Award Tahun 2013.