TUGAS PENGANTAR SISTEM CERDAS

SISTEM PENYIRAM TANAMAN OTOMATIS BERBASIS LOGIKA FUZZYCandra Hermansyah : D02109016 Jirin Sutrisno : D02109003 Pardomuan Lumbantoruan : D01108037

Intisariy

Tanaman memerlukan air untuk dapat tumbuh secara optimal. Untuk itulah kondisi kelembaban tanah harus dijaga pada suatu keadaan tertentu yang sesuai dengan kebutuhan tanaman. Di sisi lain, keterbatasan indera manusia menyebabkan kondisi kadar air tanah tidak dapat diketahui secara tepat. Oleh karena itu, diperlukan suatu sistem yang bekerja secara otomatis dan cerdas untuk melakukan penyiraman tanaman. Sistem ini akan menjaga kadar air pada tanah yang sesuai dengan kebutuhan tanaman. Kondisi kadar air tanah diperoleh dari sensor kelembaban tanah dan dipengaruhi juga oleh suhu udara. Pengambilan keputusan lama penyiraman diperoleh dengan menerapkan logika fuzzy berdasarkan kedua masukan sensor tersebut. Hasil simulasi menunjukkan sistem dapat bekerja dengan baik. Perlu diingat bahwa kebutuhan air sangat bergantung pada jenis tanaman dan tanah tertentu. Hal ini bisa disesuaikan dengan mengatur aturan-aturan fuzzy, sehingga penerapan logika fuzzy pada sistem cerdas ini sangat sesuai.

TINJAUAN PUSTAKAy Salah satu fungsi dasar dari pertumbuhan tanaman adalah fotosintesis. Dalam

pertumbuhannya, tanaman memerlukan energi dari cahaya matahari, karbondioksida dari udara dan air dari tanah. Jika salah satu dari tiga komponen diatas tidak mencukupi, maka proses fotosintesis tidak akan berlangsung. Jika kekurangan salah satu komponen diatas berlangsung untuk waktu yang lama, maka tanaman akan mati. Oleh karena itulah ketiga komponen tersebut harus dijaga ketersediaanya, dan dalam makalah ini akan dirancang suatu sistem penyiraman tanaman otomatis, tidak lain bertujuan untuk menjaga ketersediaan air untuk pertumbuhan tanaman yang optimal. Selain untuk fotosintesis, air melarutkan mineral-mineral dalam tanah, yang kemudian akan diserap tanaman melalui akarnya. Keadaan tanah disekitar tanaman harus dijaga agar tetap basah, tidak kering dan tidak juga terlalu basah, sehingga tanaman dapat tumbuh dengan optimal. Keadaan kebasahan tanah dipengaruhi oleh dua hal, yaitu air dan udara. Ruang-ruang dalam tanah dapat terisi baik oleh air atau udara

y Sistem penyiraman otomatis akan melakukan penyiraman sesuai dengan

kebutuhan tanaman akan air, tanpa intervensi manusia lagi. Sistem akan melakukan penyiraman jika tanah dalam keadaan kering sampai kondisi tanah basah kembali, sistem akan berhenti menyiram. Dua kondisi lingkungan yang mempengaruhi lama penyiraman yaitu kelembaban tanah (yang menandakan kondisi kebasahan tanah) dan suhu udara (yang mempengaruhi proses penguapan air). Kondisi kelembaban tanah akan dibaca oleh sensor kelembaban tanah (soil moisture sensor), dan kondisi suhu udara akan dibaca oleh sensor suhu. Kedua kondisi ini (kelembaban dan suhu) menjadi masukan bagi logika fuzzy untuk mengambil keputusan berapa lama waktu penyiraman. Misalnya, jika tanah kering dan suhu panas, maka sistem akan melakukan penyiraman tanaman dengan jangka waktu yang lama. Sebaliknya jika tanah basah dan udara dingin, maka tidak dilakukan penyiraman. Keluaran sistem akan menggerakkan aktuator berupa electrical valve.

Perangkat yang digunakan dalam membangun sistem cerdas penyiram tanaman terdiri dari :1. Sensor suhu : y LM 35 ialah sensor temperatur paling banyak digunakan untuk praktek, karena selain harganya cukup murah, linearitasnya lumayan bagus. LM35 tidak membutuhkan kalibrasi eksternal yang menyediakan akurasi C pada temperatur ruangan dan C pada kisaran -55 to +150C. LM35 dimaksudkan untuk beroperasi pada -55 hingga +150C, sedangkan LM35C pada -40C hingga +110C, dan LM35D pada kisran 0-100C. LM35D juga tersedia pada paket 8 kaki dan paket TO-220. Sensor LM35 umunya akan naik sebesar 10mV setiap kenaikan 1C (300mV pada 30 C).

Gambar 1. Bentuk fisik sensor suhu LM35

y 2. Sensor KelembabanTanah [EME System Team] :

Sensor kelembaban tanah menggunakan sensor WatermarkTM 200SS with SMX circuit dari Irrometer Company. Sensor ini ditanam di tanah pada kedalaman kurang lebih 20-30 cm untuk mengukur kelembaban tanah. Sensor ini bekerja berdasarkan tahanan yang berkurang pada saat kadar air tanah bertambah (tahanan sensor berbanding terbalik dengan kadar air tanah, dengan hubungan yang cukup linier). Spesifikasi dari sensor ini adalah: -Tegangan supply 4-15 VDC -Tegangan output 0,2 V kering sampai 1,0 V basah - Frekuensi output 50 Hz kering sampai 7 kHz basah - Arus output 0,2 mA kering sampai 1m,0mA basah - Suhu operasi 0-50C.

Mikrokontrolery Sistem cerdas yang digunakan adalah system logika fuzzy yang

diimplementasikan pada mikrokontroler ATMEGA8535 produksi ATMEL, sebuah mikrokontroler yang sudah banyak dipakai dalam berbagai keperluan. Mikrokontroler ini sebagai pusat pengolahan data dari sensor, pengambil keputusan dengan logika fuzzy dan mengeluarkan output ke aktuator. Mikrokontroler [Heryanto, 2008] ini memiliki beberapa kelebihan diantaranya tersedia 8Kb flash memory, dan 8 jalur ADC dengan resolusi 8 bit dan 10 bit. Dengan adanya ADC internal ini, maka kita tidak perlu menambahkan ADC eksternal pada sistem di sisi masukan sensor. Selain itu harganya relatif lebih murah.

Aktuator : Electric Valvey Aktuator : Electric Valve Electrical valve (kran elektrik) produksi Rainbird seri 100DV

digunakan sebagai aktuator pengendali penyiraman. Alat ini terdiri dari dua sisi, yaitu sisi yang dihubungkan dengan sumber air (kran air) dan satu sisi lagi dihubungkan dengan alat penyiram (sprinkler,lihat gambar 3). Rainbird 100DV ini bekerja dengan tegangan 24VAC dan 0,3A yang akan menggerakkan selenoid untuk membuka/menutup katup. Dapat mengalirkan air hingga 2,52 liter/detik.

y Gambar 3. Kran elektrik RainBird 100DV dan sprinkler

Kecerdasan Tiruany Kecerdasan yang digunakan dalam sistem penyiraman otomatis ini adalah sistem

logika fuzzy. Sistem logika fuzzy merupakan sistem pengambil keputusan berdasarkan pengetahuan dalam bentuk aturan-aturan jika-maka (if then rules). Pengendali logika fuzzy memungkinkan dilakukannya aksi pengendalian tanpa perlu adanya model matematika, hanya dengan mengetahui hubungan masukan-keluaran sistem yang dikendalikan. Sistem fuzzy merepresentasikan logika berpikir manusia. Sistem fuzzy digunakan untuk menghubungkan masukan suhu udara dan kelembaban tanah dengan keluaran lama penyiraman.y Struktur pengendali logika fuzzy secara umum terdiri atas : y 1. Fuzzifikasi y 2. Basis Aturan y 3. Mekanisme reasoning y 4. Defuzzifikasi

CARA PENELITIANy Metode pengerjaan penelitian ini dibagi dalam beberapa y y y y y

tahap : 1. Mengumpulkan bahan literatur, 2. Mempelajari teori sistem logika fuzzy, 3. Membuat simulasi pada Matlab yang menerapkan logika fuzzy untuk sistem penyiraman tanaman otomatis, 4. Menguji sistem, 5. Pembuatan laporan penelitian.

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASANy Arsitektur Sistem y Spesifikasi Fungsional Berdasarkan fungsinya, komponen-komponen yang

digunakan dalam membangun sistem ini adalah sebagai berikut. y 1. Sensor suhuy Menggunakan LM35, berfungsi untuk mengukur suhu udara, yang akan digunakan

sebagai masukan sistem fuzzy.

y 2. Sensor kelembaban tanah y Menggunakan Watermark 200SS with SMX circuit, berfungsi mengukur kelembaban

tanah, yang akan digunakan sebagai masukan sistem fuzzy.

y 3. Pengkondisi Sinyal pada sisi input y Keluaran sensor terlalu kecil untuk diumpankan ke mikrokontroler oleh karena itu

diperlukan pngkondisian sinyal, menggunakan gain amplifier yang akan menguatkan sinyal output sensor menjadi sinyal dalam level 0-5Volt untuk masukan pada ATMEGA8535

y 4. Mikrokontroler ATMEGA8535 . y Berfungsi sebagai pengkondisi sinyal (dengan memanfaatkan internal

ADC), sehingga dapat mengubah sinyal analog dari sensor menjadi sinyal digital yang selanjutnya akan diolah sebagai masukan sistem fuzzy. Sistem fuzzy yang dirancang diimplementasikan pada mikrokontroler ini, yang akan menghasilkan sinyal kendali pada aktuatory 5. Pengkondisi Sinyal pada sisi output . y Mengubah keluaran dari mikrokontroler menjadi sinyal yang dapat

men-drive aktuator.

Interfacingy Interfacing (antarmuka) diperlukan untuk menghubungkan antara satu blok dengan blok lainnya

dalam sistem.y 1. Sensor - Mikrokontroler y Memerlukan pengkondisi sinyal karena keluaran dari sensor terlalu kecil untuk

dimasukkan langsung pada input mikrokontroler sebagai central processing unit. Dalam hal ini menggunakan gain amplifier yang akan menguatkan sinyal output sensor menjadi sinyal dalam level 0-5 Volt. Sedangkan ADC menggunakan internal ADC dari mikrokontroler ATMEGA8535 y 2. Prosesor [Heryanto, 2008]y Sinyal analog dari sensor setelah dikuatkan akan masuk pada input PORT A pin 0 (ADC0)

untuk sensor suhu dan pin 1 (ADC1) untuk sensor kelembaban tanah. Sinyal input dari pin ADC ini akan dipilih oleh multiplexer (register ADMUX) untuk diproses oleh ADC. ADC internal ini mempunyai catudaya terpisah dengan catu daya mikrokontroler, yaitu pin AVCC dan AGND. Untuk mudahnya dua pin ini dihubungkan dengan VCC dan GND dari mikrokontroler. ADC mengonversi tegangan input analog menjadi bilangan digital selebar 8 atau 10 bit. GND adalah nilai minimum yang mewakili ADC dan nilai maksimumnya diwakili oleh tegangan pada pin AREF. Sinyal input ADC tidak boleh melebihi tegangan referensi. Nilai digital sinyal input ADC untuk resolusi 10 bit (1024) adalah: Kode digital = (Vin/Vref) x 1024 Sedangkan untuk resolusi 8 bit (256):Kode digital = (Vin/Vref) x 256

y 3. Mikrokontroler - Aktuator y Keluaran sinyal kendalian dari mikrokontroler merupakan sinyal

dalam level TTL (0-5V). Sedangkan aktuator, dalam hal ini Electrical Valve produksi Rainbird seri 100DV, memerlukan input 24V 0,3 A, untuk itu diperlukan interfacing, untuk mengubah sinyal kendalian yang keluar dari mikrokontroler menjadi 24V. Untuk mengatasi hal ini digunakan rangkaian interfacing menggunakan IC ULN2003A, yang dapat mengubah tegangan level TTL menjadi tegangan sampai dengan 50V 500mA.

Sistem logika fuzzy yang digunakan dalam sistem penyiraman otomatis ini dijelaskan sebagai berikut :

y 1. Fuzzifikasi y Pada tahap ini, nilai crisp dari masukan diubah ke masukan fuzzy dengan

fungsi keanggotaan.Terdapat dua masukan yaitu suhu udara dan kelembaban tanah. Suhu udara dibagi dalam 5 fungsi keanggotaan masing-masing Dingin (D), Agak Dingin (AD), Normal (N), Hangat (H) dan Panas (P), lihat gambar 7. Suhu udara dipilih 25C untuk keadaan normal. y Fungsi keanggotaan sistem fuzzy untuk kelembaban tanah terdiri dari 3 (tiga), yaitu Kering (K), Agak Basah (AB) dan Basah (B), lihat gambar 8. Seperti dikatakan diatas, bahwa fungsi keanggotaan ini dapat disesuaikan dengan tipe tanaman dan jenis tanah.

Gambar 7. Fungsi keanggotaan suhu udara

Gambar 8. Fungsi keanggotaan kelembaban tanah

y 2. Basis Aturan y Basis pengetahuan diperoleh dari logika pemikiran manusia

berdasarkan pengalaman dalam lamanya penyiraman tanaman yang dipengaruhi oleh kelembaban tanah dan suhu udara. Aturanaturan sistem fuzzy selengkapnya dapat dilihat pada tabel 1 berikut. Secara singkat basis aturan ini dapat dijelaskan sebagai berikut. Apabila keadaan tanah kering, apapun suhu udara, maka dilakukan penyiraman dalam waktu yang lama. Sebaliknya apabila tanah dalam keadaan basah maka tidak dilakukan penyiraman kecuali suhu udara hangat atau panas, dilakukan penyiraman dalam waktu yang singkat.

y 3. Mekanisme reasoning y Proses ini akan memetakan bobot-bobot tiap keanggotaan masukan menjadi

bobot keanggotaan keluaran berdasarkan aturan-aturan fuzzy JIKA-MAKA. Proses implikasi dan agregasi menggunakan operasi fuzzy min-max. Fungsi keanggotaan sistem fuzzy untuk keluaran (lama waktu penyiraman) terdiri dari 4 (empat), yaitu N (No watering), S (Short watering), M (Medium watering) dan L (Long watering).y 4. Defuzzifikasi y Proses defuzzifikasi adalah proses mengubah keluaran fuzzy ke bentuk crisp, yang

merupakan keluaran pengendali yang mengendalikan lamanya penyiraman tanaman. Pada makalah ini digunakan metode Centroid deffuzifikasi dalam menghasilkan keluaran crisp.

Gambar 9. Fungsi keanggotaan output

Gambar 10. Simulasi proses Sistem Inferensi Fuzzy

y KESIMPULAN y 1. Sistem cerdas penyiram tanaman otomatis bekerja

berdasarkan masukan kelembaban tanah (kadar air dalam tanah) dan suhu udara dan keluaran berupa lama penyiraman tanaman. y 2. Sistem kendali logika fuzzy digunakan untuk pengambilan keputusan keluaran sistem. y 3. Sistem ini akan bekerja baik pada jenis tanaman dan tanah tertentu, karena kebutuhan air sangat bergantung pada dua kondisi ini. Namun demikian, hal ini bisa disesuaikan dengan mengatur aturan-aturan fuzzy.

DAFTAR PUSTAKAy EME System Team, 2002. SMX Interface for Watermark sensor, EME y y

y y y

System, California. Heryanto, A. M., A. Wisnu, 2008. Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler ATMEGA8535, Penerbit Andi,Yogyakarta. Jang, J.S.R., Sun C.T., Mizutani, E., 1997. Neuro-Fuzzy Fuzzy and Soft Computing : A Computational Approach to Learning and Machine Intelligence, Prentice Hall International, Inc, New Jersey. Yiu, C, 2004. Automated Housekeeper, Curtin University of Technology. Curtin. Texas Instrument Team, 2002. Datasheet ULN2003A,Texas Instrument.Texas. Texas Instrument Team, 2002. Datasheet LM35,Texas Instrument. Texas.