DESAIN OTOMATISASI SISTEM PENGENDALIAN TEMPERATUR DAN

KELEMBABAN GREENHOUSE

Oleh : Sofian Yahya

Kelompok Bidang Keahlian Pengendalian Daya & Mesin Listrik Departemen Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung

2011

2

I. Pendahuluan 1.1 Permasalahan

Greenhouse atau rumah kaca merupakan sebuah tempat yang digunakan untuk mengendalikan dan menjaga keadaan iklim lingkungan di dalam suatu ruangan. Sehingga besarnya suhu, tingkat kelembaban, dan kadar asam dalam tanah di dalam rumah kaca akan sesuai dengan yang dibutuhkan oleh tanaman. Ada beberapa parameter yang harus diperhatikan didalam rumah kaca, diantaranya adalah suhu ruangan, suhu tanah, kelembaban udara, pengairan, intensitas cahaya, dan pergerakan sirkulasi udara (ventilasi). Rumah kaca harus ditempatkan dimana terdapat cahaya matahari penuh.

Untuk itu perlu dirancang suatu sistem yang dapat mengendalikan parameter-parameter seperti dijelaskan diatas, sehingga keadaan iklim didalam rumah kaca tersebut yang sesuai dengan kebutuhan tanaman yang akan ditempatkan dalam rumah kaca tersebut.

1.2 Tujuan Tujuan utama dari proyek ini adalah merancang Sistem Pengendalian Temperatur & Kelembaban dari sebuah greenhouse berbasis logika fuzzy. Sehingga kondisi greenhouse akan selalu berada pada temperatur & kelembaban yang sesuai dengan kebutuhan tanaman.

1.3 Manfaat Manfaat dari pengendalian temperatur dan kelembaban rumah kaca ini adalah:

Secara otomatis mengendalikan keadaan iklim di dalam greenhouse sehingga berbagai jenis tanaman dapat tumbuh sepanjang tahun;

Mengeliminasi dari resiko terjadinya kerusakan tanaman yang berada di dalam greenhouse akibat kelalaian manusia (human error);

Pengguna dapat mensetsendiri peralatan pengendali ini sehingga sesuai dengan kebutuhan lingkungan (iklim) tanamannya.

3

1.4 Deskripsi Sistem Otomatisasi sistem pengendalian temperatur dan kelembaban greenhouse ini,

terdiri dari empat buah sensor, yaitu dua buah sensor temperatur dan dua buah sensor kelembaban. Sensor-sensor ini akan dihubungkan dengan mikrokontroler yang ber-fungsi sebagai unit kendali utama. Sensor akan mengirim sinyal ke mikrokontroler dan akan menerjemahkan sinyal dan akan mengatur keluaran disesuaikan dengan setting.

II. Spesifikasi Rancangan Sistem 2.1 Spesifikasi Fungsional Spesifikasi fungsional dari rancangan sistem pengendali temperatur dan ke-lembaban ini adalah:

Dapat mendeteksi temperatur dari 0 C s.d 40 C Menjaga temperatur ruangan antara 18 C s.d 22 C Dapat mendeteksi kelembaban antara 0% RH dan 100% RH Menjaga kelembaban antara 65% s.d 85% RH.

2.2 Spesifikasi Sensor dan Perangkat Keras 2.2.1 Humidity Sensor ( Sensor Kelembaban)

Pada umumnya sensor kelembaban bersifat resistif, Apabila kadar kelembaban udara meningkat, maka tahanan sensor tersebut semakin berkurang. Ada dua alternatif sensor yang akan digunakan : Pertama, sensor kelembaban RHK1AN, yang mempunyai spesifikasi sbb :

4

Tabel 1. Spesifikasi RHK1AN

Dengan karakteristik seperti terlihat pada gambar 1, 2, dan 3:

Gambar 1. Tipikal Karakteristik

5

Gambar 2. Tipikal Karakteristik Respon Kelembaban

Gambar 3. Karekteristik Temperatur

6

Tabel pengukuran resistansi untuk kelembaban antara 20 %RH sampai dengan 90 %RH pada beberapa kondisi temperatur yang berbeda terdapat pada tabel 2.

Tabel 2. Resistansi RHK1AN pada Suhu Berbeda (R dalam k)

Kedua, sensor SHT11 produk Sensirion/Parallax, kelebihan sensor jenis ini dapat mengukur kelembaban dan temperatur sekaligus, dengan spesifikasi sbb :

Gambar 4. Sensor Kelembaban SHT11

7

Dengan karakteristik seperti terlihat pada gambar 5:

Gambar 5. Rel. Humidity, Temperature and Dewpoint accuracies

Tabel 2 Sensor Perfomance

8

2.2.2 Temperature Sensor ( Sensor Temperatur) Salah satu alternatif sensor temperatur/suhu yang bisa digunakan adalah

Sensor suhu tipe LM35 memiliki karakteristik sebagai pengubah besaran suhu (tipe DZ bekerja dalam satuan Celcius) ke besaran tegangan dalam Volt DC. Tranducer ini akan mengeluarkan tegangan 10mV setiap derajat kenaikan suhu. Contohnya apabila suhu pada thermometer menunjukan 30C, maka ukuran tegangan keluarannya adalah 0,3V. Pada suplai tegangan 5V, LM35 mampu mendeteksi suhu minimum 2C dan suhu maksimum 150C. Tingkat akurasinya kurang lebih 1/4C pada suhu ruang.

Gambar 6. Bentuk fisik LM35 DZ. Gambar 7. Garfik Tegangan VS Temperatur

2.2.3 Sistem Pemanasan (Heating System) Pemanas merupakan suatu alat yang menghasilkan panas dari suatu hambatan yang dialiri arus listrik. Dengan besar hambatan yang tetap, panas yang dihasilkannya pun konstan. Panas tersebut dihembuskan oleh kipas penghembus yang menyatu dengan pemanasnya sehingga panas yang dihasilkan akan terhembus. Besarnya daya pemanas perlu memperhitungkan luas dari rumah kaca, gambar 8 memperlihatkan contoh unit pemanas yang sudah dilengkapi blower.

9

Gambar 8. Model BDP Power-Vented Blower Unit heaters

2.2.4 Sistem Kelembaban (Humidification System)

Air humidifier merupakan alat penghasil uap air/kabut yang akan mempengaruhi faktor kelembaban dalam udara. Uap ini dihasilkan oleh alat ini sehingga air tersebut menghasilkan kabut. Kabut ini mengandung kadar air yang merupakan satuan kandungan uap air dalam udara, gambar 9 contoh alat untuk mengatur kelembaban.

Gambar 9. Humidification System

10

2.2.5 Mikrokontroler

Rangkaian pengendali temperatur dan kelembaban rumah kaca ini di rancang menggunakan mikrokontroler berbasis logika fuzzy sebagai sistem kendali yang bekerja secara otomatis dengan lup tertutup (otomatic closed-loop control system). Untuk menentukan spesifikasi mikrokontroler yang akan digunakan perlu memperha-kan kecepatan eksekusi dan memori yang dibutuhkan sesuai dengan rule yang akan digunakan pada pengendalian sistem ini.

Berikut ini contoh benchmark dari beberapa jenis mikrokontroler, Tabel 3 Hasil Benchmark untuk beberapa Jenis Mikrokontroler

Sumber : http://www.fuzzytech.com/e/ftbench.html

11

III. Arsitektur Sistem

Gambar 10. Sistem Pengendali Temperatur & Kelembaban Berbasis Mikrokontroler

Gambar 11. Struktur Pengendalian berbasis logika fuzzy

Mikrokontroler sebagai pengendali, mendapatkan masukan range temperatur dan kelembaban yang akan dijadikan acuan di dalam proses. Range temperatur dan kelembaban tersebut merupakan nilai yang akan terus dipertahankan, sedangkan nilai

12

yang akan dijadikan pembanding adalah temperatur dan kelembaban ruangan yang diindera oleh sensor secara berkala dan terus menerus (real-time). Hasil penginderaan temperatur dan kelembaban oleh sensor yang berupa data analog dikonversikan terlebih dahulu oleh ADC (analog to digital conversion) ke dalam bentuk data digital. Dalam sistem ini sensor dan ADC berfungsi sebagai elemen ukur. Bila temperatur dan kelembaban ruangan yang diindera tidak sesuai dengan setpoint, maka mikrokontroler akan mengendalikannya sesuai dengan rule yang telah diprogram. Saat mulai diaktifkan, sistem pengendali temperatur ruangan berbasis mikrokontroler ini akan mengontrol temperatur ruangan secara terus-menerus sampai sistem ini

dimatikan.

Gambar 12. Blok Diagram Sistem Pengendalian

13

Gambar 13. Tata letak sensor dan aktuator

Keterangan:

ST 1 = Sensor yg mendeteksi perbedaan antara temp di dalam greenhouse(GH) & temperatur optimum yg harus di jaga di dalam greenhouse(GH).

ST 2 = Sensor yg mendeteksi perbedaan antara temp di luar GH & temp optimum yg harus di jaga di dalam GH.

SH 1 = Sensor yg mendeteksi perbedaan antara RH di dalam GH & RH optimum yg harus di jaga di dalam GH.

SH 2 = Sensor yg mendeteksi perbedaan antara RH di luar GH &RH optimum yg harus di jaga di dalam GH.

AH = Aktuator Sistem Humiditas & Ventilasi AT = Aktuator Thermal/Pemanas

14

IV. Pengendalian Sistem Seperti dijelaskan pada bab sebelumnya, bahwa pengendalian menggunakan mikrokontroler berbasis logika fuzzy, berikut ini diperlihatkan beberapa tabel rule dan membership function dari bagian input maupun output yang akan digunakan pada pemrograman mikrokontroler untuk pengendalaian temperatur dan kelembaban greenhouse.

4.1 Rule Sensor Temperatur dan Kelembaban Tabel 4 Rule Sensor Temperatur

15

Tabel 5 Rule Sensor Kelembaban

4.2 Fuzzy Inference System Greenhouse

Gambar 14. FIS Greenhouse

16

4.3 Membership Function

Gambar 15. MF Sensor Temperatur Dalam

Gambar 16. MF Sensor Tempeartur Luar

17

Gambar 17. MF Sensor Kelembaban Dalam

Gambar 18. MF Sensor Kelembaban Luar

18

Gambar 19. MF Sistem Pemanas

Gambar 20. MF Sistem Kelembaban/Ventilasi

19

Gambar 21 Rule Pemanas

Gambar 22 Rule Kelembaban/Ventilasi

20

4.4 Surface Viewer

Gambar 23 Surface Viewer 3D Sist Pemanas

Gambar 24 Surface Viewer Sist Pemanas vs SensorTempDlm

21

Gambar 25 Surface Viewer Sist Pemanas vs SensorTempLuar

Gambar 26 Surface Viewer 3D Sist Kelembaban

22

Gambar 27 Surface Viewer Sist Kelembaban vs SensorTempDlm

Gambar 28 Surface Viewer Sist Kelembaban vs SensorTempLuar

23

Gambar 29 Surface Viewer 3D Sensor bagian dalam

Gambar 30 Surface Viewer 3D Sensor bagian luar

24

Refrensi :

Redaksi Agromedia, Budi Daya Melon, PT AgroMedia Pustaka, Jakarta, 2007.

Ross, T.J., Fuzzy Logic with Engineering Application, McGraw-Hill, New York, USA, 1995.

Sriraman, A. An Intelligent System Approach for Greenhouse Climate Control, Masters of Engineering Project Report,University of Regina, 2003, Page 67-76.

Sriraman.A, A Fuzzy Infrence System Approach for Greenhouse Climate Control, Environmental Informatics Archives, Vol 2, 2004

Zimmerman, H. J., Fuzzy set theory and its application, Kluwer Academic Publishers, 2nd edition, 1990.

http://h2ow.com/html/greenhousetemp.html

http://www.fuzzytech.com/e/ftbench.html

http://www.sensirion.com