1

RANCANG BANGUN PENYIRAM TANAMAN ANGGREK

MENGGUNAKAN SENSOR KELEMBABAN DENGAN ENERGI ALTERNATIF

SINAR MATAHARI

Aris Aprianto1, Epyk Sunarno, ST. MT

2, M.Safrodin B.Sc, MT

3.

Mahasiswa Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia1*

Aris_Aprianto1304@yahoo.com Dosen Pembimbing 1, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia2

Dosen Pembimbing 2, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia3

ABSTRAK

Budidaya anggrek saat ini mengalami perkembangan yang pesat, namun penyiraman tanaman anggrek masih dilakukan secara

manual dengan variabel kelembaban sebagai pengatur waktu penyiraman. Oleh karena itu dibuatlah kontrol otomatis dalam

melakukan penyiraman tanaman anggrek.

Untuk mengetahui nilai suhu dan kelembaban digunakan modul SHT-11 yang mampu mendeteksi suhu dari -40C (-40F)

hingga +123,8C (+254,9F) dan kelembaban relatif dari 0%RH hingga 100%RH. Penyiraman tanaman anggrek jenis

Dendrobium dilakukan ketika SHT-11 mendeteksi kelembaban didalam kumbung anggrek dibawah 60% RH. Penyiraman yang dilakukan adalah dengan cara menyiramkan air dari atas langsung ke bagian akar tanaman. Metoda penyiraman tersebut

dimaksudkan agar air yang disiramkan bisa langsung diserap tanaman .

Sumber energi listrik sistem ini berasal dari energi matahari yang dihasilkan oleh panel surya 50WP yakni sekitar 5-20Volt

dan arus 2,84 Ampere. Untuk mendapatkan tegangan 13 -14 Volt pada pengisian baterai , rangkaian buck-boost konverter

memerlukan dutycycle 0,25 dengan frekuensi switching 40 Khz. Untuk pengisian baterai dengan arus pengisian 0,6 Ampere

dibutuhkan waktu 16,6 jam.

Kata kunci : Modul SHT-11, Pulse Width Modulation (PWM),

ABSTRACT

Orchid cultivation is currently experiencing rapid growth, however watering orchids is still done manually with variable

humidity as a watering timer. Therefore, automatic control was made in the conduct watering orchids.

To determine the temperature and humidity values used SHT-11 module is capable of detecting the temperature of -40 C (-40

F) to +123.8 C (+254.9 F) and relative humidity from 0% RH to 100 % RH. Watering plants Dendrobium orchid species do

when the SHT-11 detects the humidity inside the orchid kumbung below 60% RH.Watering is carried out by spraying water from

above directly into the plant roots. The method is intended to flush water that can pour directly absorbed by plants.

Sources of electrical energy system is derived from solar energy generated by solar panels which is about 5-50WP and current

20Volt 2.84 Ampere. To get a 13 -14 volt voltage at the battery charging, buck-boost converter circuit requires dutycycle 0.2 with

40 kHz switching frequency. For charging battery with a charging current 0.6 Amperes need 16.6 hours.

Keywords : Module SHT-11, Pulse Width Modulation (PWM), battery charger

2

I. PENDAHULUAN

Perusahaan Listrik Negara (PLN) menargetkan

pada tahun 2019, sebanyak 18 persen pasokan listriknya

akan disuplai dari pembangkit listrik dengan energi bahan

bakar terbarukan atau EBT1.

Kini sudah mulai dikembangkan EBT yang ramah

lingkungan, seperti energi surya, energi panas bumi

(geothermal), energi air dan energi hidrogen.

Energi Solar Cell adalah solusi pengembangan

teknologi pembangkit listrik yang ramah lingkungan dan

energi alternatif untuk mengurangi ketergantungan energi

yang dihasilkan dari bahan bakar fosil dan nuklir yang

dapat mempercepat pemanasan suhu bumi serta merusak

lingkungan akibat dari polusi yang ditimbulkannya.

Energi yang dihasilkan solar cell nantinya

digunakan sebagai sumber energi untuk melakukan suatu

pengontrolan otomatis pada penyiraman anggrek. Hal ini

didasari pembudidayaan anggrek yang mengalami

perkembangan pesat. Anggrek yang memiliki habitat

alami di hutan, sekarang banyak dibudidayakan pada

rumah kaca yang biasanya menggunakan paranet atau

kanopy sebagai bahan penutup dari rumah kaca agar

didapatkan suhu dan kelembaban sesuai dengan

habitatnya .Namun saat ini penyiraman tanaman anggrek

masih dilakukan secara manual dengan variabel

kelembaban sebagai pengatur kapan penyiraman itu

dilakukan. Oleh karena itu dibutlah kontrol otomatis

untuk menggantikan peran manusia dalam melakukan

penyiraman tanaman anggrek dengan sumber energi dari

sinar matahari

II. PERENCANAAN SISTEM II.1 Konfigurasi Sistem

Blok diagram secara keseluruhan dari sistem

ditunjukkan pada Gambar 2.1. Dalam pengaturan suhu

dan kelembaban kumbung anggrek diperlukan alat untuk

menjaga agar suhu dan kelembabannya ideal. Yaitu

blower untuk menjaga suhu kumbung sekitar 30C dan

pompa air yang berfungsi melakukan penyiraman jika

kelembaban di dalam kumbung bernilai kurang dari 60%.

RH.

Kontrol otomatis blower dan pompa air akan

dilakukan oleh mikrokontroler Atmega16 yang

mendapatkan input dari sensor suhu dan kelembaban .

1 http://klikm.net/read/3174/pln-targetkan-bahan-bakar-energi-

terbarukan

Dalam tugas akhir ini sensor yang digunakan adalah

sensor SHT-11 .

Gambar 2.1 Blok diagram system

II.2 Desain Sensor Suhu dan Kelembaban SHT-11

Sensor suhu dan kelembaban yang digunakan

adalah sensor SHT-11. Sensor yang dapat mendeteksi

nilai suhu dan kelembaban relatif dengan multi modul

sensor yang outputnya telah dikalibrasi secara digital.

Sistem sensor dengan sumber tegangan 5 volt.

Pada sensor ini hanya memiliki 1 jalur data yang

digunakan untuk perintah pengalamatan dan pembacaan

data. Pengambilan data untuk masing - masing

pengukuran dilakukan dengan memberikan perintah

pengalamatan oleh mikrokontroler.

Pada mikrokontroller PORTA.1 memberikan

perintah pengalamatan pada pin Data SHT11 untuk

melakukan pengukuran kelembaban relatif dan untuk

pengukuran temperatur.

SHT11 memberikan keluaran data kelembaban

dan temperatur pada pin Data secara bergantian sesuai

dengan clock yang diberikan oleh mikrokontroller pada

PORTA.1. Sensor SHT11 memiliki ADC (Analog to

Digital Converter) didalamnya sehingga keluaran data

SHT11 sudahter konversi dalam bentuk digital dan tidak

memerlukan ADC eksternal dalam pengolahan data pada

mikrokontroler.

3

Pada Gambar 3.2 adalah pin SHT-11 yang

digunakan untuk komunikasi dengan mikrokontroler

atmega16.

Gambar 2.2. Pin SHT-11

Pada modul SHT-11 sendiri terdapat 8 pin namun

yang digunakan hanya 4 pin seperti Gambar 2.2 diatas.

Pin yang digunakan adalah sebagai berikut :

a) Pin 1 untuk data b) Pin 3 untuk clock c) Pin 4 untuk Vcc negatif ( - ) d) Pin 8 untuk Vcc positif ( + )

II.3 Rangkaian Driver Blower

Pada gambar Gambar 2.3. adalah rangkaian driver

dimana menggunakan transistor sebagai saklar dari

mikrokontroler yang dihubungkan pada port D.4 dan

relay 12 Volt yang dihubungkan ke aktuator (kipas).

Blower yang digunakan adalah kipas 12V DC

berjumlah 1 buah yang diletakkan di dalam kumbung

anggrek.

Pemasangan blower ini difungsikan untuk

mengatur suhu pada kumbung anggrek, dengan cara

menghembuskan hawa dingin kedalam kumbung agar

suhu didalamnya sesuai dengan karakteristik suhu ideal

yang dibutuhkan oleh anggrek.

Gambar 2.3. Rangkaian driver blower

II.4 Rangkaian Driver Pompa Air

Untuk melakukan penyiraman tanaman anggrek

digunakan pompa air AC 220 volt 15 watt. Pompa air ini

akan aktif saat sensor mendeteksi kelembaban pada

kumbung anggrek dibawah 60% RH.

Gambar 2.4. Rangkaian driver

Pada pompa air ini diberikan suatu rangkaian

driver proteksi. Pada Gambar 3.5. adalah rangkaian

untuk menjaga agar tidak ada korsleting atau arus balik.

Dari output driver diatas masih dimasukkan kembali

kedalam rangkaian softswitch untuk memutus dan

menyambungkan sumber ac dengan beban pompa air ac.

G

a

m

b

a

r

3

.

6

Gambar 2.5. Rangkaian driver softswitch

4

II.4 Rangkaian Battery Charger

Battery charger adalah suatu alat yang berfungsi

untuk mengisi battery dengan arus konstan hingga

mencapai tegangan yang ditentukan.

Pada Gambar 2.6. adalah rangkaian battery

charger , rangkaian ini terdapat 2 buah scr. Scr 1 sebagai

penyearah sederhana dan supply baterai. Jika tegangan

terminal baterai meningkat di atas tingkat yang telah

ditetapkan oleh trimpot, maka scr2 akan menggeser

kontrol gerbang gate scr1. Sehingga akan menonaktifkan

scr1 dan memotong suplai arus ke baterai dan lampu Led

2 ON yang menunjukkan bahwa baterai telah terisi penuh.

Gambar 2.6. Rangkaian Battery Charger

II.5 Rangkaian Sensor Tegangan

Dalam menentukan nilai R1 dan R2 pada

kombinasi nilai R ada perhitungannya :

Pada tugas akhir ini V input maksimal yang akan

melewati sensor tegangan sebesar 21 volt dan V output

yang harus masuk ke mikrokontroler adalah 4 volt .

Jika R1 ditentukan 10K maka :

=2

1 + 2

4 =2

10 + 2 21

40 + 42 = 212

172 = 40

2 = 22

Jadi nilai dari R1= 10K , R2=2K2 agar didapatkan

nilai ouput maksimal 4 volt dari input maksimal 21 volt.

II.6 Perencanaan dan pembuatan Mikrokontroler

dan display.

II.6.1 Mikrokontroller

Mikrokontroler AVR ATmega16 adalah salah satu

dari keluarga ATmega dengan jumlah pengguna yang

cukup banyak. Sebuah chip dengan fitur cukup lengkap

untuk mendukung beragam aplikasi. Dimana sistem ini

mengendalikan semua masukan, keluaran, dan sebagai

pusat perhitungan program utama.

II.6.2 Lcd 16 x 2

Pada tugas akhir ini Lcd sangat dibutuhkan sebagai

display dari pembacaan sensor SHT-11. Lcd yang

digunakan adalah modul lcd 16 x 2. Pada mikrokontroler

Atmega16 konfigurasi port disusun 2x5 sedangkan pada

lcd pin tersusun 1x16 sehingga diperlukan modul untuk

konversi 1x16 pin menjadi 2x5 pin. Pada Gambar 3.9

adalah konfigurasi koneksi antara lcd 16x2 dengan port

mikrokontroler.

III. PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM

Pengujian dimaksudkan untuk mendapatkan

evaluasi terhadap rangkaian, agar diperoleh kinerja yang

lebih baik. Kinerja yang lebih baik didapatkan dengan

melakukan perbaikan terhadap komposisi rangkaian

yang mengalami kekeliruan yang diketahui saat

melakukan pengujian.

III.1 SHT-11

Untuk pengambilan data suhu dan kelembaban yang

dilakukan melalui pengukuran dengan Modul SHT 11

diperoleh data pada Tabel 3.1. Pengukuran suhu dam

kelembaban didalam kumbung anggrek ini dilakukan

pada waktu siang hari pada kondisi cuaca yang cerah

5

Tabel 4.1 Hasil Sensor SHT-11

Dari data diatas didapatkan nilai rata rata suhu dan

kelembaban sebesar 31.8 C dan 62.2% RH.Oleh karena

itu digunakan blower untuk melakukan pengaturan suhu

didalam kumbung anggrek dan juga pompa air untuk

melakukan otomatisasi penyiraman berdasarkan nilai

kelembaban yang terdeteksi oleh sensor SHT-11.

III.2 Rangkaian Sensor Tegangan

Pengujian sensor tegangan ini dilakukan dengan

input 5 Volt hingga 20 volt. Dari sensor tegangan ini

diharapan memberi referensi pada mikrokontroler untuk

memberikan duty cycle pada rangkaian buck boost agar

output tegangannya dapat konstan sesuai dengan

ketentuan charging baterai.

Tabel 4.2 Hasil Sensor Tegangan

III.3 Rangkaian Baterai Charger

Pengujian rangkaian battery charger dilakukan

dengan penggunaan power supply ac yang kemudian di

ubah menjadi dc oleh keyprok 5 ampere. Battery charger

diberi tegangan input 14 Volt. Namun pada output

charger di setting 13,8 volt dengan mengatur trimpot.

Jika level tegangan telah tercapai, arus pengisian akan

turun hingga level arus yang aman. Gambar 2.7.

merupakan gambar dari rangkaian battery charger

Gambar 2.7. Rangkaian Battery Charger

No.

Tanggal

18-06-2011

Jam

SHT

Suhu

(C)

Humidity

1 9.30 30,84 61

2 10.00 30.75 62

3 10.30 30.77 63

4 11.00 31.38 63

5 11.30 34.76 62

6 12.00 35.28 59

7 12.30 33.54 63

8 13.00 32.93 62

9 13.30 33.45 65

Vin Vout

5 1,08

6 1,29

8 1,72

10 2,15

12 2,58

14 2,97

16 3,43

18 3,84

20 4,27

21 4,46

6

Pengujian pertama battery charger dilakukan pukul

4.00, dengan menggunakan resistor 10Watt10J. dengan

hasil pengukuran :

Tegangan pengisian : 13.5 Volt

Arus pengisian : 1.5 Ampere

Pengujian berikutnya dengan aki 12 Volt 10 Ah

dengan hasil :

Tegangan input : 13.08Volt

Tegangan output : 13.7 Volt

Arus pengisian : 1.6 Ampere

Sehingga lamanya waktu pengisian sesuai dengan

persamaan 2.2 adalah :

=

= 10

1.6 = 6.25 jam

Selain itu, dilakukan pengujian pengisian secara

langsung dari panel surya ke rangkaian battery charger.

Dan didapat arus pengisian ke aki 0,5 Ampere, sehingga

lamanya waktu pengisian adalah :

=

= 10

0.5 = 24 jam

III.4 Pengujian Mikrokontroler dan Display

Pengujian port pada mokrokontroler dilakukan

dengan cara mengaktifkan pin pin pada PORTD untuk

menyalakan lampu led seperti pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8. Minimum sistem Atmega 16

Dari pengujian diatas menunjukkan bahwa led 1,3,5,7

nyala,ini berarti rangkaian minimumsistem atmega16

dalam keadaan baik.

4.2.4.1 Display Lcd 16x2

Pada pengujian diatas lcd dikoneksikan dengan portb

mikrokontroler. Listing program untuk pengujian lcd

sebagai berikut :

{

lcd_gotoxy(5,0);

lcd_putsf("AAESAF");

lcd_gotoxy(3,1);

lcd_putsf("TUGAS AKHIR");

};

Didapatkan tampilan pada lcd seperti pada gambar

Gambar 4.6. LCD 16 X 2:

Gambar 2.9. LCD 16 X 2

IV. PENUTUP

Kesimpulan

Proses otomatisasi penyiraman tanaman anggrek dapat berjalan dengan baik berdasarkan nilai

kelembaban dari kumbung anggrek yang dideteksi

oleh sensor SHT-11 yakni ketika kelembaban dalam

kumbung anggrek bernilai dibawah 60% RH .

Proses penurunan suhu cukup sulit karena desain kumbung anggrek yang terbuat dari plastic

polycarbonate ,dimana bahan ini masih menyerap

panas dari luar.

7

Pengaturan suhu tidak maksimal karena hanya mampu menurunkan suhu 32 C didalam kumbung

menjadi 31.8C hingga 31C .

Proses pengisian baterai arus yang mengalir hanya sekitar 0.5 -0.6 Ampere sehingga dalam keadaan

kosong, baterai 12 Volt 10 Ah dapat terisi penuh

selama 20 jam.

Saran

Untuk perbaikan sistem sebaiknya desain kumbung anggrek terbuat dari bahan yang tidak menyerap

panas.

Agar pengaturan suhu bisa lebih maksimal dapat digunakan blower lebih dari satu buah.

IV. DAFTAR PUSTAKA

[1] Materi Sensor Tegangan

http://www.elektronikabersama.web.id/2011/05/rangkaian-

pembagi-tegangan.html

[2] Datasheet ATMega16 http://www.alldatasheet.com/datasheet-

pdf/pdf/78532/ATMEL/ATMEGA16.html

[3] Ilmu tentang pembudidayaan anggrek

http://www.anneahira.com/budidaya-bunga-anggrek.htm

http://binaukm.com/2011/01/teknik-dan-cara-budidaya-

anggrek/

[4] Materi tentang rangkaian charger baterai

http://sirkuit.blogspot.com/2007/11/charger-aki-mobil-12-

v.html

[5] Teori Sensor Suhu dan Kelembaban SHT-11

http://www.innovativeelectronics.com/innovative_electronics

/download_files/artikel/AN118.pdf

http://www.sensirion.com/en/01_humidity_sensors/02_humid

ity_sensor_sht11.htm