20

BAB III

METODE PENELITIAN DAN PERANCANGAN SISTEM

3.1 Metode Penelitian

Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah cara mengendalikan

kondisi air pada tangki hidroponik pada waktu tertentu, seperti misalnya pada saat

pengecekan ketinggian air tiap waktu pada tangki hidroponik, dan penggantian air

pada tangki.

Untuk mengatur saat pergantian air, Solenoid valve digunakan sebagai

pintu masuk air ke tangki hidroponik yang dikendalikan dengan modul relay

untuk saat membuka valve dan saat menutup valve. Pada saat pengisian air,

ketinggian air awasi melalui sensor ketinggian air. Untuk memberikan pewaktuan

yang sesuai, RTC1307 digunakan dalam proses pengawasan air pada tangki

hidroponik. Serta penggunaan LCD sebagai tampilan ketinggian air.

21

3.2 Rancangan Sistem

Berikut merupakan gambar Blok Diagram pada sistem yang akan dibuat,

ditunjukkan pada Gambar 3.1 :

Gambar 3.1 Blok Diagram

Dari gambar Blok Diagram tersebut terdapat beberapa input dan output

yang digunakan antara lain :

a. Input (Sensor)

1. Sensor Kapasitif : Digunakan untuk mendeteksi ketinggian air

yang digunakan untuk mengetahui keadaan

ketinggian air.

2. RTC DS1307 : Digunakan sebagai timer untuk waktu

pergantian air pada tangki hidroponik.

b. Output (Aktuator)

1. LCD : Digunakan untuk menampilkan informasi

volume air.

Arduino Mega

2560

Sensor Kapasitif

Solenoid Valve

LCD

RTC DS1307 Modul Relay

22

2. Solenoid Valve : Digunakan sebagai pengendali aliran air yang

keluar dari tangki hidroponik dan pengendali

air masuk ke tangki hidroponik

3.3 Perancangan Mekanik Alat

Dalam pembuatan mekanik pada tugas akhir ini dibuat tangki untuk

tanaman hidroponik. Tangki ini berfungsi untuk menampung air nutrisi untuk

tanaman hidroponik.

Pada tangki ini terdapat pipa sebagai jalan masuk dan jalan keluarnya,

solenoid valve sebagai pintu masuk dan pintu keluar air, sensor ketinggian air

yang digunakan untuk mengetahui ketinggian air. Berikut perancangan alat dapat

dilihat pada Gambar 3.2.

Berikut adalah detail mengenai bahan-bahan dari tangki hidroponik:

1. Bak penampung air berbahan plastik.

2. Tatakan pot berbahan gabus.

3. Pot tanaman hidroponik berbahan plastik.

4. Media tanam berbahan roughwool.

5. Rangka penyangga berbahan almunium.

6. Pipa PVC berukuran ½.

7. Solenoid Valve

8. Power Supply 24 volt.

9. Kotak elektro berbahan plastik.

23

Gambar 3.2 Tampilan Keseluruhan Alat

24

3.3.1 DESAIN MEKANIK KESELURUHAN

Gambar 3.3 Desain Mekanik

Pada Gambar 3.3. Desain mekanik alat dapat dijelaskan sebagai berikut

2. Step 1 dilakukan pengecekan tangki, apabila tangki air kosong, maka

pengisian air dimulai dengan membuka valve masuk air untuk menerima air

dari tandon, sedangkan valve keluar air tetap tertutup.

3. Step 2 air pada tangki menyentuh sensor Penuh, valve masuk air akan

menutup, dan valve keluar air juga akan menutup.

4. Step 3 pada saat waktu pengurasan terpicu, valve keluar air akan terbuka

untuk mengeluarkan air pada tangki air, sedangkan valve keluar tetap

tertutup.

5. Step 4 setelah air selesai melewati sensor air kurang, valve keluar air akan

menutup. Dan melakukan pengecekan tangki lagi.

Keterangan Dimensi Wadah Pada Desain Mekanik Diatas.

Ukuran alat : 75 cm (panjang) x 50 cm (lebar) x 40cm (tinggi).

25

Bak Air(2 buah) : 70.5 cm (panjang) x 24 cm (lebar) x 20.1 cm

(tinggi)

Kotak Elektro (2 buah): 18 cm (panjang) x 11 (cm lebar) x 6.5 cm (tinggi)

3.3.2 DESAIN SKEMATIK ELEKTRO KESELURUHAN

Perancangan tugas akhir ini diawali dengan melakukan perancangan perangkat

keras yang menjadi satu buah sistem yang saling terintegrasi. Perancangan terdiri

dari perancangan Arduino mega, perancangan solenoid valve, perancangan Relay,

perancangan RTC1307, perancangan sensor kapasitif. Pada Gambar 3.4 dapat

dilihat Schematic perancangan seluruh kontrol kondisi air secara otomatis pada

tanaman hidroponik.

Gambar 3.4 Skematik Perancangan Keseluruhan Sistem

PWM COMUNICATION

DIG

ITA

L

ANALOG IN

ATMEGA256016AU 1126

microcontrolandos.blogspot.com

TX

0

TX

3

TX

2

TX

1

SD

A

SC

L

RX

0

RX

3

RX

2

RX

1

PD

0/S

CL

/IN

T0

21

PD

1/S

DA

/IN

T1

20

PD

2/R

XD

1/I

NT2

19

PD

3/T

XD

1/I

NT3

18

PH

0/R

XD

217

PH

1/T

XD

216

PJ0

/RX

D3

/PC

INT9

15

PJ1

/TX

D3

/PC

INT10

14

PE

0/R

XD

0/P

CIN

T8

0P

E1

/TX

D0

/PD

O1

PE

4/O

C3

B/I

NT4

2P

E5

/OC

3C

/IN

T5

3P

G5

/OC

0B

4P

E3

/OC

3A

/AIN

15

PH

3/O

C4A

6P

H4

/OC

4B

7

PH

5/O

C4C

8P

H6

/OC

2B

9P

B4

/OC

2A

/PC

INT4

10

PB

5/O

C1

A/P

CIN

T5

11

PB

6/O

C1

B/P

CIN

T6

12

PB

7/O

C0

A/O

C1

C/P

CIN

T7

13

AR

EF

PA0/AD022

PA1/AD123

PA2/AD224

PA3/AD325

PA4/AD426

PA5/AD527

PA6/AD628

PA7/AD729

PC6/A1431

PC5/A1332

PC4/A1233

PC3/A1134

PC2/A1035

PC1/A936

PC0/A837

PD7/T038

PG2/ALE39

PG1/RD40

PG0/WR41

PL742

PL643

PL5/OC5C44

PL4/OC5B45

PL3/OC5A46

PL2/T547

PL1/ICP548

PL0/ICP449

PB3/MISO/PCINT350

PB2/MOSI/PCINT251

PB1/SCK/PCINT152

PB0/SS/PCINT053

PK

7/A

DC

15

/PC

INT23

A15

PK

6/A

DC

14

/PC

INT22

A14

PK

5/A

DC

13

/PC

INT21

A13

PK

4/A

DC

12

/PC

INT20

A12

PK

3/A

DC

11

/PC

INT19

A11

PK

2/A

DC

10

/PC

INT18

A10

PK

1/A

DC

9/P

CIN

T17

A9

PK

0/A

DC

8/P

CIN

T16

A8

PF

7/A

DC

7/T

DI

A7

PF

6/A

DC

6/T

DO

A6

PF

5/A

DC

5/T

MS

A5

PF

4/A

DC

4/T

CK

A4

PF

3/A

DC

3A

3P

F2

/AD

C2

A2

PF

1/A

DC

1A

1P

F0

/AD

C0

A0

RE

SE

T

PC7/A1530

DUINO1

ARDUINO MEGA2560 R3

6 8

24

KERAN AIR MASUK

5AR4

6 8

24

KERAN AIR KELUAR

5AR4

RL1G2R-14-DC5

RL2G2R-14-DC5

D7

14

D6

13

D5

12

D4

11

D3

10

D2

9D

18

D0

7

E6

RW

5R

S4

VS

S1

VD

D2

VE

E3

LCD1LM016L

SCL14

SDA15

INT13

A01

A12

A23

P04

P15

P26

P37

P49

P510

P611

P712

U1

PCF8574A

24V

5V

R110k

R210k

R310k

Sensor Penuh

Sensor Cukup

Sensor Penuh

5V

RV1

10K

VB

AT

3

X1

1

X2

2

SC

L6

SD

A5

SO

UT

7

U2DS1307

X1

CRYSTAL

26

3.4 Prosedur Evaluasi

3.4.1 Desain dan Uji Coba

Desain dari sistem yang akan di rancang tidak lepas dari studi literatur

yang didapat baik dari buku, internet, maupun konsultasi terhadap dosen

pembimbing. Uji coba akan menggunakan beberapa miniatur wadah-wadah

kosong.

3.4.2 Evaluasi

Evaluasi berisi uraian tentang proses posisi air dan kontrol air pada tangki

hidroponik secara otomatis.

1. Sistem dapat mengetahui posisi level air.

2. Sistem dapat mengetahui merespon saat air pada tangki

hidroponik dikurangi secara manual.

3.4.3 Bagian Komponen Alat

Gambar 3.5 Bagian Komponen Alat

27

3. Valve masuk air dari penampung nutrisi

4. Pot tanaman.

5. Tempat pot tanaman yang berfungsi menahan pot.

6. Tangki hidroponik yang berfungsi untuk menampung cairan nutrisi. Pada

tangki ini terdapat sensor kapasitif yang berfungsi untuk mengetahui kondisi

level air.

7. Valve keluar air yang berfungsi untuk menahan air dan berfungsi sebagia

pintu keluar.

8. Kotak elektro yang berfungsi untuk melindungi komponen elektro yang

diletakkan didalamnya. Didalam wadah tersebut terdapat komponen:

a. Mikrokontroler Arduino Mega yang berfungsi sebagai pengontrol.

b. RTC1307 yang berfungsi sebagai pewaktu.

c. Rangkaian driver relay sebagai driver untuk solenoid valve.

d. LCD 16x2

e. LCD I2C backpack

9. Kotak elektro yang melindungi power supply.

3.4.4 Ukuran Dimensi Alat

Setelah semua komponen tambahan dari penelitian ini dipasangkan ukuran

dimensi dari alat:

Ukuran alat : 75 cm (panjang) x 50 cm (lebar) x 40cm (tinggi).

Bak Air(2 buah) : 70.5 cm (panjang) x 24 cm (lebar) x 20.1 cm

(tinggi)

Kotak Elektro (2 buah): 18 cm (panjang) x 11 (cm lebar) x 6.5 cm (tinggi)

28

3.4.5 Struktur Material Alat

Bahan material yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan

beberapa bahan diantaranya sebagai berikut :

b. Bagian rangka:

1. Aluminium

2. Mur dan baut.

3. Bak Plastik

c. Bagian dari penggerak alat

1. Solenoid Valve 24 volt

3.5 Pembuatan Perangkat Keras

3.5.1 Perancangan Microkontroler Arduino

Pada tugas akhir ini dibuat beberapa buah pengendali menggunakan

mikrokontroler keluaran pada perangkat lunak IDE Arduino 1.6.6, yaitu Arduino

mega. Untuk menjalankan mikrokontroler ini diperlukan catu daya 5 volt sebagai

tegangan circuit.

Arduino Mega ini dirancang untuk microkontroler ATMega328. Berikut

ini adalah gambar microkontroler arduino mega, dapat dilihat pada Gambar 3.6.

29

Gambar 3.6 Rangkaian Board Arduino Mega

Arduino mega dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu

daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Eksternal (non-USB) dapat

di ambil baik berasal dari AC ke adaptor DC atau baterai. Adaptor ini dapat

dihubungkan dengan mencolokkan plug jack pusat-positif ukuran 2.1mm

konektor power. Ujung kepala dari baterai dapat dimasukkan kedalam ground dan

Vin pin header dari konektor power. Kisaran kebutuhan daya yang disarankan

untuk board arduino mega adalah 7 sampai dengan 12 volt, jika diberi daya

kurang dari 7 volt kemungkinan pin 5volt. Arduino Mega dapat beroperasi tetapi

tidak stabil kemudian jika diberi daya lebih dari 12volt, regulator tegangan bisa

panas dan dapat merusak board arduino mega. Berikut adalah konfigurasi pin I/O

yang digunakan pada Tabel 3.1.

30

Tabel 3.1 Konfigurasi pin I/O pada mikrokontroler

Pin I/O Fungsi

Vcc Power 5 volt

Port COM 20 LCD I2C & RTC1307

Port COM 21 LCD I2C & RTC1307

Port Digital 22 Sensor air penuh

Port Digital 24 Sensor air setengah

Port Digital 26 Sensor air kurang

Port Digital 51 Solenoid Masuk

Port Digital 53 Solenoid Keluar

3.5.2 Rangkaian Sensor Kapasitif

Rangkaian ini dibuat berdasar rangkaian resistor pull-up yang dirangkai

sedemikian rupa sehingga dapat digunakan sebagai sensor ketinggian air yang

kemudian output dari rangkaian tersebut digunakan sebagai pemicu, seperti pada

Gambar 3.7.

31

Gambar 3.7 Skematik Perancangan Rangkaian Sensor Kapasitif

3.5.3 Perancangan LCD (Liquid Crystal Display)

Pada perancangan LCD juga diletakkan di atas box yang telah dibuat.

Tujuan LCD diletakkan di dalam box untuk memudahkan pengguna melihat

informasi yang ditampilkan LCD sesuai dengan program yang diinginkan.

Sedangkan komponen I2C LCD diletakkan di dalam box, sama dengan

mikrokontroler-mikrokontroler yang digunakan pada perancangan. Tujuan LCD

dan I2C LCD diletakkan pada box agar pengaturan komponen lebih rapi dan tidak

membutuhkan kabel panjang. Rancangan elektronika ditunjukkan pada Gambar

3.8.

32

Gambar 3.8 Skematik Perancangan LCD (Liquid Crystal Display)

3.6 Perancangan Rangkaian Solenoid Valve

Pada alat ini juga digunakan Solenoid Valve digunakan sebagai pintu

masuk air ke tangki hidroponik yang dikendalikan dengan modul relay untuk saat

membuka valve dan saat menutup valve.

33

Gambar 3.9 Skematik Perancangan Solenoid Valve

3.7 Perancangan Perangkat Lunak

Selain perancangan perangkat keras (hardware), dibutuhkan juga

perancangan perangkat lunak (software). Perancangan ini dilakukan dengan tujuan

agar sistem berjalan sesuai dengan keinginan.

3.7.1 Perancangan Program Tangki Hidroponik

34

Start

Deklarasi

Variabel

Tangki

Kosong?

Cek waktu

pengurasan

Tidak

Buka

Valve_Masuk

Sensor_Penuh

Tidak Terpicu?

Tutup

Valve_Masuk

Buka

Valve_Keluar

Sensor_Kurang

Terpicu?

Tidak

Tutup

Valve_Keluar

Ya

Ya

Tidak

Ya

Ya

Tidak

Gambar 3.10 Flowchart Program Tangki Hidroponik

Proses yang dilakukan program tangki hidroponik dapat dilihat pada flow

chart gambar 3.10. Program di mulai dari deklarasi variabel input dan output

35

yang digunakan. Kemudian pengecekan bak dilakukan. Ketika bak tidak kosong,

maka cek pengurasan akan dilakukan. Jika bak kosong, pengisian akan dilakukan.

Pada saat pengisian bak, mikrokontroler akan menunggu input dari sensor yang

terpasang pada bak. Ketika air pada bak belum menjangkau titik maksimum dari

sensor, proses pengisian akan terus berlanjut. Jika air pada bak telah menjangkau

titik maksimum pada sensor, maka proses pengisian akan berakhir dan beralih

pada tahap selanjutnya. Setelah dua minggu dari waktu setting akan dilakukan

pengurasan.. Ketika masih belum memenuhi waktu yang telah ditentukan, proses

akan berlanjut ke pengecekan bak. Jika sudah mencapai waktunya, maka

pengurasan akan dilakukan. Setelah proses pengurasan selesai dilakukan, proses

dilanjutkan kembali pada tahap pengecekan bak.