Perjanjian No: III/LPPM/2016-02/71-P

SISTEM MONITORING DAN KONTROL SUHU DAN KELEMBABAN

PADA RUMAH KACA

Disusun Oleh:

Christian Fredy Naa S.Si., M.Si., M.Sc.

Levin Halim S.T., M.T.

Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat

Universitas Katolik Parahyangan

2016

2

DAFTAR ISI

Abstrak 3

Bab I Pendahuluan 3

Bab II Tinjauan Pustaka 6

Bab III Metode Penelitian 8

Bab IV Jadwal Pelaksanaan 9

BAB V Hasil dan Pembahasan 9

Daftar Pustaka 12

3

ABSTRAK

Rumah kaca (greenhouse) dirancang agar tanaman yang ditanam memperoleh kondisi optimal dalam

proses pertumbuhannya. Untuk memperoleh hasil yang maksimal, maka kondisi-kondisi tersebut harus

dapat dimonitor dengan baik. Untuk mencapai tujuan tersebut, telah didesain suatu sistem monitoring

berbasis Arduino. Parameter yang diukur adalah suhu dan kelembaban. Rumah kaca berukuran 2x3 m2

telah dibangun, berlokasi di rooftop gedung 10, Universitas Katolik Parahyangan. Dalam laporan ini

juga telah didesain meja yang nantinya digunakan untuk menanam tanaman yang tepat dengan kondisi

rumah kaca. Dari hasil pengukuran diperoleh kesimpulan bahwa suhu di dalam rumah kaca lebih tinggi

dibandingkan suhu di luar rumah kaca.

BAB I. LATAR BELAKANG

Dewasa ini berbagai permasalahan muncul di sektor pertanian. Keterbatasan lahan merupakan

permasalahan paling utama, hal ini berbanding terbalik dengan peningkatan jumlah penduduk yang

cukup signifikan. Di Indonesia, permasalahan tersebut menjadi cukup rumit karena beberapa faktor

antara lain: produk lokal yang tidak memenuhi spesifikasi industri pangan, hasil produksi terbatas,

perubahan selera konsumen dan perlunya mempertahankan ketersediaan produk-produk pertanian

tersebut untuk menunjang kelangsungan industri-industri terkait. Selain permasalahan internal

pertanian yang terkait dengan kualitas produksi tersebut, tantangan juga datang dari dunia terutama dari

negara-negara maju. Pengaruh globalisasi dan perkembangan teknologi pertanian menyebabkan dunia

pertanian Indonesia harus segera memberi respon dan menyesuaikan diri dengan perubahan tersebut

untuk terus bersaing, salah satu solusi untuk hal ini adalah pertanian berbasis rumah kaca.

Pertanian berbasis rumah kaca mempunyai beberapa keuntungan, yakni tanaman relatif terlindung dari

hama dan penyakit dan kondisi lingkungan rumah kaca relatif lebih mudah dimonitor dan dikontrol.

Untuk memonitor dan mengontrol kondisi tersebut, rumah kaca memerlukan perangkat yang

terintegrasi agar dapat memberikan hasil produksi yang optimal. Lingkungan yang dimonitor dan

dikontrol diantaranya temperatur, intensitas cahaya, kelembaban tanah dan kelembaban udara serta

kontrol distribusi air serta suhu. Kemampuan sistem yang mampu memonitor dan mengontrol kondisi

tersebut sangat diperlukan untuk memperoleh hasil yang maksimal pada tanaman yang ditanam pada

rumah kaca. Sistem kontrol ini diharapkan menjadi langkah awal untuk mendukung sustainable design.

Pada penelitan ini akan dirancang sistem monitoring dan kontrol pada rumah kaca berukuran 3x2 m2.

Paramter yang akan diteliti dibatasi pada empat parameter, yakni suhu ruang dan tanah serta

kelembaban tanah dan kelembaban udara. Sistem ini diharapkan dapat memberikan data kondisi rumah

kaca dan tanaman dengan presisi tinggi sehingga pengguna dapat memperoleh gambaran kuantitatif

tentang kondisi rumah kaca. Data ini dapat digunakan oleh pengguna untuk melakukan kontrol secara

manual terhadap kondisi rumah kaca. Selain itu, data tersebut dapat digunakan untuk mengontrol

kondisi rumah kaca secara optimal.

Rumah kaca akan ditanami dengan tanaman dengan masa panen yang relatif seingkat sehingga dengan

jangka waktu penelitian ini dapat teramati kondisi pertumbuhannya. Pada penelitian ini diharapkan

dapat memberikan studi awal perbandingan antara tanaman yang ditanam di dalam dan di luar rumah

kaca. Pada penelitian ini akan dihasilkan teknologi tepat guna (prototype) serta kontribusi pada

perkembangan bidang terkait pada jurnal ilmiah.

Penelitian ini merupakan bagian dari road map penelitian pada jurusan Teknik Elektro Konsentrasi

Mekatronika yang ditunjukan pada Gambar 1. Penelitian ini menempati aspek instrumentation and

measurement dengan spesifikasi terapan pada bidang pertanian.

4

Gambar 1: Roadmap penelitian jurusan Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika. Peneltiian pada proposal ini menempati

aspek instrumentation and measurement

Penelitian ini memiliki rencana jangka panjang selama 4-5 tahun yang telah dimulai pada akhir tahun

2015. Penelitian ini memiliki target akhir untuk merancang sebuah sistem yang holistik terpadu rumah

kaca dengan performa optimal serta dapat membantu para petani lokal di daerah Bandung, Jawa Barat.

Sistem holistik terpadu yang dimaksud adalah sistem yang dapat memonitor semua parameter yang

terkait dengan pertumbuhan tanaman, sistem yang mudah dalam pemasangan dan perawatan serta

memiliki antar muka yang sederhana yang dapat dipahami oleh para petani lokal. Selain itu ditargetkan

juga adanya sistem penyajian dan pengolahan data yang masif secara online. Data yang dimaksud

adalah data parameter rumah kaca dari beberapa lokasi di daerah Bandung, Jawa Barat. Data ini dapat

digunakan secara praktis baik oleh peneliti maupun para petani. Road map penelitian sistem rumah kaca

ini dapat dilihat pada Tabel 1 berikut:

Tabel 1 Road map penelitian sistem rumah kaca

Tahapan penelitian Keterangan Tahun pengerjaan

Sistem monitoring dan kontrol

pada miniatur rumah kaca [1]

Sistem sederhana pada skala

kecil (rumah kaca berukuran

30x45 cm2). Sistem ini

memiliki 10 buah sensor, telah

mampu menyajikan data secara

online.

November - Desember 2015 [2]

(self funding)

5

Sistem monitoring dan kontrol

pada rumah kaca berdimensi

lebih besar

Sistem yang serupa dengan

sistem 2015 namun diterapkan

pada rumah kaca berukuran

2x3m2 dengan jumlah sensor

mencapai 15-20 sensor. Studi

awal pada perbandingan

tanaman di dalam dan di luar

rumah kaca.

Penelitian, 2016 (proposal ini)

Pengukuran kinerja sistem Sistem akan diuji dengan studi

yang lebih komprehensif

tentang perbandingan antara

tanaman yang ditanam di dalam

dan luar rumah kaca.

Penelitian, 2017

Penambahan parameter yang

dimonitor dan dikontrol

Terdapat beberapa parameter

yang relatif sulit (memerlukan

pengukuran dengan presisi

tinggi serta sistem sensor yang

lebih kompleks) untuk

dimonitor dan dikontrol seperti

intensitas cahaya, PH tanah dll.

Penelitian, 2017

Penerapan sistem pada rumah

kaca dengan melibatkan potensi

lokal

Sistem diterapkan pada lahan

yang lebih luas, melibatkan

petani lokal serta memberikan

pelatihan kepada para petani

tersebut.

Pengabdian masyarakat, 2018

Pengukuran kinerja sistem

lanjutan

Sistem akan diuji dengan jenis

tanaman yang bervariasi serta

tanaman dengan masa tanam

yang lebih lama.

Penelitian, 2018

Pengolahan dan penyajian data

secara masif dan online

Data dari banyak rumah kaca

dapat dikumpulkan pada satu

database tersaji secara online.

Hal ini membuka peluang untuk

terciptanya komunitas

pertanian rumah kaca.

Penelitian, 2019

Berdasarkan Tabel road map penelitian dan pengabdian masyarakat di atas, maka proposal penelitian

tahun 2016 ini merupakan salah satu langkah penting dari rencana jangka panjang yang telah disusun.

Penelitian ini diharapkan dapat menjadi batu loncatan untuk mencapai tujuan akhir penelitian yang

dapat memberikan kontribusi bagi potensi lokal serta bidang pertanian di negara Indonesia.

6

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

Di Indonesia beberapa peneliti mulai tertarik untuk melakukan penelitian tentang pertanian

rumah kaca. Beberapa Penelitian yang Berkaitan dengan Rumah Kaca di Indonesia dapat dilihat pada

tabel berikut:

Tabel 2 Beberapa penelitian tentang rumah kaca di Indonesia

No Peneliti Judul Hal yang dilakukan

1 Agus Sugiyono [3] Kendali Sistem energi Untuk

pertanian Rumah Kaca

Usaha pengurangan energi dengan

menggunakan PLC untuk kendali

sistem energi. Kendali dengan PLC

mempunyai keuntungan karena

sistemnya dapat diubah hanya dengan

mengubah program dan perangkat

keras diperoleh dengan harga relatif

murah

2 Mulkan Azizi,

Sumardi, Munawar

Agus [4]

Perancangan sistem

pengendali suhu pada

prototype Greenhouse

berbasis kendali logika fuzzy

Usaha membuat suatu iklim buatan

pada green house dengan merekayasa

kondisi suhu agar sesuai dengan

kondisi suhu asal tanaman. Logika

fuzzy digunakan untuk mengolah data

pembacaan sensor yang digunakan

untuk kemudian digunakan sebagai

kendali kecepatan motor cooling fan

DC supaya suhu ruangan tetap.

3 Olga Melo, Rhiza S.

Sadjad, Adnan [5]

Rumah Kaca Cerdas Untuk

Budidaya Tanaman Bunga

Krisan

Mendesain prototipe sistem

pengontrolan rumah kaca cerdas untuk

budidaya tanaman secara otomatis

menggunakan mikrokomputer. Sistem

kontrol yang dikembangkan dapat

melakukan proses pengukuran suhu

dan kelelmbaban dan mengatur

pemberian air.

4 Mareli

Telaumbanua, [6]

Rancangbangun Aktuator

Pengendali Iklim Mikro di

Merancang sistem kontrol

pengendalian iklim mikro untuk

7

Dalam Greenhouse Untuk

Pertumbuhan Tanaman Sawi

greenhouse menggunakan AVR

ATMega8535. Sistem kontrol

dikembangkan menggunakan lima

sensor, yaitu sensor suhu dan

kelembaban, sensor suhu tanah, sensor

kelengasan tanah, sensor intensitas

sinar matahari serta tiga aktuator, yaitu

aktuator kipas, aktuator pompa air dan

aktuator lampu fotosintesis.

5 Tony K. Hariadi [7] Sistem Pengendali Suhu,

Kelembaban, dan Cahaya

dalam Rumah Kaca

Membuat sebuah sistem pengendali

temperatur, kelembaban, cahaya, dan

penyiraman dalam rumah kaca secara

terpadu.

6 Bimo Ananto

Pamungkas, Adian

Fatchur Rochim,

Eko Didik Widianto

[8]

Perancangan Jaringan Sensor

Terdistribusi untuk

Pengaturan Suhu,

Kelembaban, dan Intensitas

cahaya

Melakukan perancangan sistem sensor

terdistribusi untuk memonitor suhu,

kelembaban, dan intensitas di rumah

kaca menggunakan board Arduino

Uno. Data-data pemantauan dan

antarmuka kontrol pengguna dapat

diakses secara online berbasis web.

Dari beberapa penelitian terdahulu tersebut umumnya belum mengintegrasikan sensor dan aktuator

pada rumah kaca dengan dimensi yang relatif besar (baik dimensi rumah kaca maupun jumlah sensor

dan aktuator). Dimensi ini berkaitan dengan jumlah sensor yang digunakan masih belum dapat

menangkap kondisi sepenuhnya dari rumah kaca. Selain itu, pemantauan dan pengendalian kebanyakan

masih dilakukan secara offline. Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, pada penelitian ini akan

dirancang sistem rumah kaca yang dapat menyajikan data secara online untuk merekayasa beberapa

parameter iklim rumah kaca, seperti kelembaban tanah dan udara, suhu rumah kaca, intensitas cahaya,

dan sinar ultraviolet.

8

BAB III. METODE PENELITIAN

Seperti yang telah dijelaskan di bagian pendahuluan, bahwa penelitian ini merupakan lanjutan dari

penelitian yang telah dilakukan di akhir tahun 2015 (miniatur rumah kaca). Oleh karena itu, metode

yang digunakan pada penelitian ini mengambil konsep yang serupa dengan penambahan jumlah sensor

serta penerapan pada dimensi rumah kaca yang lebih besar.

Skema sistem yang telah dirancang pada tahun 2015 dapat dilihat pada Gambar 2. Sistem ini

menggunakan Arduino Mega dengan pertimbangan mikrokontroler ini memiliki banyak masukan

analog dan digital. Hal ini penting mengingat pada sistem ini digunakan Ethernet Shield yang dipasang

di atas Arduino Mega. Ethernet shield berfungsi untuk menyimpan data pada media SD Card. Tujuh

buah sensor masing-masing sensor suhu, kelembaban tanah, cahaya dan UV dihubungkan ke masukan

analog pin 7 hingga 13. Sementara sensor kelembaban dan suhu udara (DHT11) dihubungkan ke pin

digital 30. Real time clock dihubungkan ke pin SDA dan SCL serta dua buah relay masing-masing

untuk lampu dan pompa untuk irigasi rumah kaca. Real time clock berfungsi untuk memberi masukan

tanggal dan waktu kepada sistem, perangkat ini memiliki sumber energi tersendiri sehingga dapat

berfungsi walaupun sistem dalam keadaan off.

Gambar 2: Skema sistem monitoring dan kontrol rumah kaca

Keluaran dari Arduino Mega berbentuk array yang masing-masing nilai sensor dipisahkan dengan

delimeter koma dan tabulasi.

Terdapat beberapa modifikasi pada skema di atas untuk penelitian ini, diantaranya interfacing data

masih menggunakan data logging biasa, belum masuk ke komputer ataupun online. Pertimbangannya

adalah lokasi rumah kaca yang berada di rooftop yang cukup terbuka (pertimbangan keamanan). Hingga

laporan ini pun, baru diambil data suhu di dalam dan di luar rumah kaca dan intensitas cahaya.

9

BAB IV. JADWAL PELAKSANAAN

Terdapat banyak penyesuaian pada jadwal pelaksanaan kegiatan penelitian. Desain rumah kaca

beberapa kali terjadi perubahan, terkait dengan lokasi yang sesuai dengan kondisi di rooftop gedung

10. Selain itu jadwal kegiatan juga dimodifikasi karena adanya masukan dan desain meja dari

mahasiswi dari Teknik Industri yang mengambil topik perancangan rumah kaca.

Terdapat juga permasalahan instalasi sensor, dimana perangkat lunak sistem harus dimodifikasi akibat

adanya tambahan sensor yang sama (modifikasi address dan register). Pemasangan sensor baru dapat

dilakukan di akhir Oktober dan awal November.

Masalah lainnya adalah adanya proses pemindahan rumah kaca ketika kegiatan SIAP 2016 pada bulan

Agustus. Panitia SIAP memindahkan rumah kaca sehingga terdapat kerusakan pada sambungan kayu,

sehingga rumah kaca harus mengalami perbaikan.

BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 3 menunjukan rumah kaca yang telah dibangun. Rumah kaca menggunakan bahan kayu

sebagai rangka, plastik ultraviolet sebagai dinding sekaligus untuk menahan panas serta insect net

yang juga berfungsi sebagai dinding. Pemasangan insect net berfungsi agar rumah akca tidak

terlampau panas. Gambar 4 menunjukan desain meja untuk menanam tanaman. Desain ini dibuat

oleh Evelyn Liustanti, mahasiswi Teknik Industri yang mengambil topik perancangan rumah kaca

sebagai Tugas Akhir. Meja didesain sehingga luas area untuk bercocok tanam cukup luas, selain itu

meja juga dilengkapi saluran air untuk pengairan di rumah kaca. Gambar 5 menunjukan grafik suhu di

dalam dan di luar rumah kaca. Terlihat bahwa suhu di dalam dan di luar rumah kaca sangat berbeda.

Suhu di dalam rumah kaca lebih tinggi dibandingkan suhu di luar rumah kaca.

10

Gambar 3: Rumah kaca yang berlokasi di rooftop gedung 10

Gambar 4: Rumah kaca dan desain meja, didesain oleh Evelyn Liustanti

11

Gambar 5: Hasil pengukuran suhu di dalam dan di luar rumah kaca

Dari Gambar 5 dapat dilihat mulai dari pukul 06.20 WIB sampai dengan pukul 11.30 WIB trend suhu

udara mengalami peningkatan. Hal ini disebabkan oleh karena pada waktu tersebut cuaca di daerah

pengamatan cerah. Selanjutnya setelah pukul 11.30 sampai pukul 19.00 WIB suhu udara baik di dalam

maupun di luar rumah kaca mengalami trend penurunan. Hal ini disebabkan oleh karena di daerah

pengamatan mulai turun hujan. Setelah pukul 19.00 WIB suhu relatif stabil. Dari grafik juga dapat

dilihat bahwa suhu udara di dalam rumah kaca lebih tinggi daripada di luar rumah kaca. Keadaan ini

disebabkan karena ruangan rumah kaca tertutup sehingga panas terperangkap di dalam. Pada siang hari,

sekitar 85% dari sinar matahari yang masuk akan terperangkap di dalam rumah kaca dan menjadi panas.

Suhu udara mempengaruhi aktifitas kehidupan tanaman, antara lain pada proses fotosintesis, respirasi,

transpirasi, pertumbuhan, penyerbukan, pembuahan, dan keguguran buah. Besar kecilnya pengaruh ini

terkait dengan faktor yang lain seperti kelembaban, tersedianya air, dan jenis tanaman. Rata-rata suhu

udara yang dibutuhkan untuk aktifitas tanaman berkisar pada 15°C hingga 40°C.

Gambar 6 menunjukan grafik hasil pengukuran kelembaban udara. Pengukuran kelembaban dan

temperatur udara di dalam rumah kaca dilakukan dengan menggunakan satu buah sensor. Data keluaran

sensor ke Arduino adalah data digital. Hasil pengukuran kelembaban menunjukkan bahwa mulai pukul

10.00 WIB sampai pukul 13.00 WIB kelembaban udara menurun. Hal ini dapat dimengerti karena

radiasi cahaya matahari mulai menghasilkan panas. Kemudian setelah pukul 13.00 WIB, kelembaban

meningkat kembali sampai selesai pengukuran pada pukul 21.00 WIB. Sementara hasil pengukuran

temperatur ruangan menunjukkan hasil yang berlawanan. Mulai pukul 10.00 WIB sampai dengan 13.00

WIB temperatur ruangan meningkat dan kemudian mulai turun setelah pukul 13.00 WIB.

10

15

20

25

30

35

40

6:2

0:3

5

7:1

1:3

7

8:0

2:4

1

8:5

3:4

5

9:4

4:4

9

10

:35

:53

11

:26

:58

12

:18

:02

13

:09

:07

14

:00

:12

14

:51

:17

15

:42

:21

16

:33

:26

17

:24

:30

18

:15

:35

19

:06

:39

19

:57

:44

20

:48

:49

t_dalam

t_luar

Hasil Pengukuran Suhu

Waktu (sekon)

Suhu (

Celc

ius)

12

Gambar 6: Hasil pengukuran kelembaban udara di dalam rumah kaca

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian ini antara lain

1. Sistem mampu mengukur suhu di dalam dan di luar rumah kaca dan kelembaban di dalam

rumah kaca.

2. Suhu di dalam rumah kaca lebih tinggi dibandingkan diluar rumah kaca.

3. Data yang diperoleh sejauh ini berupa data text yang tersimpan pada memory card yang

dipasang pada ethernet shield Arduino Mega.

Saran untuk pengembangan penelitian ini antara lain

1. Jumlah sensor harus ditambah, mengingat ukuran rumah kaca yang cukup besar

2. Dapat ditambahkan aktuator suhu atau sistem pengairan seperti usulan pada proposal

penelitian.

3. Data dapat ditampilkan secara online.

DAFTAR PUSTAKA

1. Syahrul Munir, Rancangan Smart Greenhouse dengan Teknologi Mobile untuk Efisiensi tenaga,

biaya, dan waktu dalam pengelolaan tanaman, Skripsi Fakultas Teknologi Industri, UPNVeteran

Jawa timur, 2012

2. Agus Sugiono, Kendali Sistem Energi Untuk Pertanian Rumah Kaca, Prosiding Seminar Nasional

Penerapan Teknologi Kendali dan Instrumentasi pada Pertanian, 1998

3. Mulkan Azizi, Sunardi, Munawar Agus R, Perancangan Sistem Pengendali Suhu pada Prototype

Green House Berbasis Kendali Logika Fuzzy, Makalah Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro

Fakultas Teknik Undip

4. OlgaMelo, Rhiza S. Sadjad, Adnan, Rumah Kaca Cerdas Untuk Budidaya Tanaman Bunga Krisan

5. Mareli Telaumbanua, Bambang Purwantana, Lilik Sutiarso, Rancangbangun Aktuator Pengendali

Iklim Mikro di Dalam Greenhouse Untuk Pertumbuhan Tanaman Sawi, Agritech, Vol. 34, No. 2,

2014

6. Tony K. Hariadi, Sistem Pengendali Suhu, Kelembaban dan Cahaya dalam Rumah Kaca, Jurnal

Ilmiah Semesta Teknika, Vol. 82 10, No. 1, 2007: 82 – 93

7. Bimo Ananto Pamungkas, Adian Fatchur Rochim, Eko Didik Widianto, Perancangan Jaringan

Sensor Terdistribusi Untuk Pengaturan Suhu, Kelembaban, dan Intensitas Cahaya, Makalah

Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro Fakultas Teknik Undip

8. Rana H. Hussain1, Dr. Ali F. Marhoon1, Dr. Mofeed T. Rashid, Wireless Monitor and Control

System for Greenhouse, IJCSMC, Vol. 2, Issue. 12.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100Kelembaban udara di dalam rumah kaca

Waktu

kele

mb

ab

an

ud

ara

(%

)