43

Bab V PENGUJIAN, PENGAMBILAN DATA, ANALISIS DAN KALIBRASI

V.1 Kalibrasi Sensor

V.1.1 Metode Kalibrasi

Pengujian untuk sensor ketinggian dilakukan dengan mengalirkan 157

mili liter larutan ke dalam tabung pencampur per pengalirannya. Jika

tabung telah terisi penuh proses pengaliran kembali diulang hingga 5

kali pengukuran. Kaki kawat yang terhubung dengan hambatan

sebesar 330 Ω diukur tegangannya. Pengukuran tegangan dilakukan

untuk sampling waktu 1 detik. Hasil pengujian didapatkan data

sebagai berikut.

Nilai dari linearitas pengukuran ini adalah y=0,00099x + 0,5364

dengan R2=0,9687. Standard deviasi pengukuran untuk sampling

Gambar 5.1 Pengukuran rata-rata R=330 Ohm Sensor Volume

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

157 314 471 628 785 942 1100

Tega

ngan

(Vol

t)

Volume (ml)

Pengukuran rata-rata R=330Ω Setting Sampling Waktu 1 detik

44

waktu 1 detik berada pada rentang 0,02 sampai 0,07 Volt. Kesalahan

rata-rata didapatkan sebesar 4,95 %.

Ketidakstabilan data pengukuran yang didapat dari pengukuran diatas

kemungkinan disebabkan oleh mengalirnya arus yang tidak hanya dari

permukaan larutan, melainkan tersedianya waktu bagi arus untuk

masuk ke permukaan larutan dan mengalirkan arus dari berbagai sisi

arah. Hal tersebut menyebabkan tanggapan yang diterima oleh

pencacah tegangan sudah terganggu oleh banyaknya data gangguan.

V.1.2 Konversi Nilai Tegangan ke Volume

Proses konversi akan menentukan seberapa besar tegangan keluaran,

besarnya tegangan akan dideteksi oleh ADC 8 bit yang diuraikan

dalam kode digital untuk dibaca oleh komputer dan menentukan

seberapa banyak jumlah larutan yang masuk ke dalam tabung

pencampur. Gambar di bawah ini adalah grafik konversi nilai tegangan

terhadap volume larutan.

Karena pengukuran volume larutan hanya pada rentang 0 sampai 1500

ml saja, oleh karena itu data tegangan yang kemungkinan diukur juga

hanya berkisar pada angka 0-2,05 Volt. Artinya jika terdapat tegangan

yang masuk sebesar 1 Volt itu itu artinya ketinggian larutan yang

terdapat di tabung pencampur sekarang adalah 5,95 cm atau jumlah

larutan yang ada di tabung pencampur sekarang adalaah 468 mililiter

larutan.

45

V.2 Pengukuran Kecepatan Aliran Larutan pada Tabung

Dari keseluruhan 8 tabung yang terpasang pada sistem, prroses pengujian

dilakukan untuk tabung 2, tabung 4 dan tabung 5. Tujuan pengujian ini adalah

untuk menghitung kecepatan aliran dari turunnya larutan pada masing-masing

tabung

Pada proses pengukuran laju aliran larutan untuk tabung 2 dengan jumlah step

yang berbeda didapatkan hubungan antara jumlah step terhadap kecepatan aliran

sebagai berikut.

Gambar diatas memperlihatkan salah satu pengaruh gerakan jumlah step pada

tabung 2 terhadap kecepatan aliran dari larutan. Jumlah step 65 adalah jumlah

step bukaan sebesar 80% dari tabung 2. Sedangkan untuk bukaan 0% kecepatan

aliran terjadi pada laju 4 ml/s. Hal ini dikarenakan meskipun tidak ada gerakan

Gambar 5.2 Grafik konversi tegangan terhadap volume aliran yang masuk ke

tabung pencampur

y = 1008.7x - 540.98

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 0.5 1 1.5 2 2.5

46

sama sekali dari motor stepper, namun valve masih dalam keadaan terbuka di

masing-masing sisinya.

V.3 Sistem Fuzzi

V.3.1 Model logika fuzzi

Dalam model logika fuzzi sistem Hidroponik Tomat NFT, kontrol

fuzzi digunakan untuk mengontrol jumlah volume dari masing-masing

larutan yang masuk ke tabung pencampur. Jumlah volume yang masuk

ke dalam tabung pencampur dijadikan sebagai input fuzzi. Sedangkan

output fuzzi berupa besar bukaan untuk masing-masing motor steper.

Mekanisme interferensi logika fuzzi yang digunakan adalah inferensi

Mamdani Centroid. Uji penerapan dilakukan pada jangkauan input

yang terletak pada nilai 0 sampai 500 ml dan output yang terletak pada

nilai 0-75 step.

Gambar 5.3 Kalibrasi Jumlah Step terhadap Kecepatan Aliran Larutan

05

101520253035

0 20 40 60 80Kec

epat

an A

liran

(ml/s

)

Jumlah Step

Jumlah Step vs Kecepatan Aliran Tabung

Tabung 2

Linear (Tabung 2)

Input Vo

Gambar

dengan j

memiliki

“Besar”,

(trimpf).

“Sedang”

Titik pers

Pemilihan

maupun

bertujuan

domain h

merupaka

adalah fu

olume

diatas men

angkauan 0

5 buah hi

dan “SngtB

Domain him

” [150-350],

silangan terl

n domain i

“SngtBesar

n untuk men

himpunanny

an fungsi da

ungsi output

nunjukkan v

-500 ml. Hi

impunan ya

Besar” denga

mpunan “Sn

, “Besar” [2

etak pada ni

input “Sngt

r” dengan

ndapatkan k

ya. Kecepata

ari besar bu

dari variabe

Gambar 5.4 I

variabel fuz

impunan fuz

aitu “SngtKe

an bentuk fu

ngtKecil” [0

250-450], da

ilai 100; 200

tKecil”, “Ke

rentang s

ecepatan ali

an aliran da

ukaan dari s

l volume.

Input variabel

zzi berupa

zzi dari bes

ecil”, “Keci

ungsi keangg

0-150], “Ke

an “SngtBesa

0; 300; dan 4

ecil”, “Seda

elangnya m

iran tertentu

ari masing-m

step fuzzi y

volume

besar volum

sar volume i

il”, “Sedang

gotaan segiti

ecil” [50-250

ar” [350-500

400.

ang”, “Besa

masing-masi

u dari tiap-ti

masing larut

ang tidak la

47

me

ini

g”,

iga

0],

0].

ar”

ng

iap

tan

ain

Output B

Gambar

dengan j

memiliki

dengan

himpunan

dan “SB”

Pemilihan

aliran yan

sampai 7

nilia step

contoh p

Kecepata

Hal ini m

Kondisi y

Besar Bukaa

5.4 menunju

angkauan 0

5 buah him

bentuk fun

n “SK” [0-2

” [55-75].

n domain t

ng diharapk

75 dibagi m

p fuzzi denga

pada rentan

an Aliran lar

membuat nila

yang sama j

Gamb

an

ukkan variab

-75 step. Hi

mpunan yai

ngsi keang

20], “K” [2,5

tersebut did

kan. Terlihat

menjadi lima

an derajat ke

ng pertama

rutan yang d

ai puncak da

juga terjadi

bar 5.5 Output

bel output f

impunan fuz

itu “SK”, “

ggotaan seg

5-27,5], “S”

dasarkan pa

bahwa rent

grup. Masi

eanggotaan

yakni daer

diharapkan a

ari himpunan

dengan dom

t variabel Buka

fuzzi berupa

zzi dari bes

“K”, “S”, “B

gitiga (trim

[20-55], “B

ada kebutuh

ang nilai ste

ing-masing g

terbesar, yak

rah domain

adalah antara

n berada pad

main himpu

aan Stepper

a besar buka

sar volume i

B”, dan “SB

mpf). Doma

B” [27,5-52,5

han kecepat

ep fuzzi dari

grup memili

kni 1. Sebag

input “SK

a 0-1 ml/det

da titik 3 ste

nan “K”, “S

48

aan

ini

B”

ain

5],

tan

i 0

iki

gai

K”,

ik.

ep.

S”,

“B” dan

yang diha

ml/detik,

larutanny

Aturan

Untuk m

dari itu If

ini. Gam

input terh

Terdapat

1. Jika v

2. Jika v

3. Jika v

4. Jika v

“SB” yang

arapkan mem

18-19 ml/

ya.

mendapatkan

If-then atura

mbar dibawa

hadap output

lima aturan

volume pada

volume pada

volume pada

volume pada

Gambar

memiliki nil

miliki kecepa

/detik dan

pemetaan d

an diaplikasi

ah ini menj

t pada sistem

dari sistem

a input 1 “Sn

a input 1 “Ke

a input 1 “Se

a input 1 “Be

r 5.6 Tampilan

lai puncak d

atan aliran s

24-25 ml/d

dari nilai inp

kan dalam m

elaskan bag

m logika fuzz

logika fuzzi

ngtKecil” ma

ecil” maka o

edang” maka

esar” maka o

Aturan yang d

di titik 20, 3

ebesar 6-7 m

detik ketika

put terhadap

model sistem

gaimana hub

zi.

i ini, yaitu:

aka output bu

output bukaa

a output buka

output bukaa

digunakan pada

38, 55, dan 7

ml/detik, 12-

a mengalirk

p output, ma

m logika fuz

bungan anta

ukaan “SB”

an “B”,

aan “S”

an “K”, dan

a Logika Fuzzi

49

73.

13

kan

aka

zzi

ara

,

i

50

5. Jika volume pada input 1 “SngtBesar” maka output bukaan “SK”

V.3.2 Uji Sistem Fuzzi

Pada ujicoba ini, proses pengaliran dihentikan ketika volume larutan

dari masing-masing tabung mencapai 500 ml. Kecepatan aliran yang

diharapkan berkisar antara 0-25 ml/s. Oleh karenanya pemilihan

domain input dan output terletak pada semesta 0-500 ml dan 0-75 step.

Dari percobaan yang dilakukan, didapat data sebagai berikut,

Kondisi awal tabung terisi dengan larutan sebanyak 50 ml.

Selanjutnya, set point untuk pengaliran pertama dilakukan dengan

pemberian input fuzzi dengan bukaan 30 step dengan selang waktu 5

detik. Dengan bukan tersebut diharapkan kecepatan aliran dari tabung

adalah 10 ml/detik. Oleh karena itu untuk nilai puncak pada himpunan

“SangtKecil” terletak pada angka 50 ml. Dengan pemilihan titik

Gambar 5.7 Uji sistem fuzzi untuk tiga tabung

0

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15

Jum

lah

Volu

me

(ml)

Pengukuran

Uji Sistem Fuzzi

Tabung 2

Tabung 4

Tabung 5

51

puncak di angka tersebut memungkinkan nilai dari setting point

pertama terletak pada daerah himpunan tersebut.

Sementara itu pemilihan domain output untuk bukaan stepper yang

memiliki 5 buah himpunan “SK” [0-20], “K” [2,5-27,5], “S” [20-55],

“B” [27,5-52,5], dan “SB” [55-75] dengan bentuk fungsi keanggotaan

segitiga (trimpf) dimaksudkan untuk mendapatkan hasil fuzzi setelah

proses pertama pada himpunan “SB”. Hal tersebut dikarenakan pada

daerah domain “SB” larutan dari masing-masing tabung akan

mengalirakan larutannya dengan kecepatan 22-24 ml/detik. Dengan

kecepatan tersebut maka dapat diprediksi bahwa input fuzzi

selanjutnya terletak di domain himpunan “K”.

Tabel diatas memperlihatkan jumlah pengukuran yang dibutuhkan

oleh masing-masing tabung untuk mencapai setting point-nya. Step

menjelaskan output dari fuzzi yang digunakan untuk menggerakkan

Tabung 2 Tabung 4 Tabung 5 Peng Step Δvol Peng Step Δvol Peng Step Δvol

0 30 0 7 30 0 16 30 0 1 60 40 8 61 35 17 61 30 2 51 80 9 49 95 18 48 105 3 30 125 10 38 70 19 34 80 4 17 100 11 29 50 20 27 50 5 7 55 12 20 55 21 22 25 6 7 50 13 17 40 22 19 25 14 8 50 23 17 35 15 7 50 24 11 35 25 7 20 26 7 20 27 7 20

Tabel 5.1 Data perubahan Step terhadap Jumlah Volume yang masuk untuk tiap tabung

52

motor stepper. Sedangkan ΔVol adalah selisih antara volume setelah

dialirkan terhadap volume sebelumnya untuk tabung yang diamati.

Pada uji sistem fuzzi untuk tabung dua proses untuk mencapai set

point 500 ml lebih cepat daripada yang dilakukan oleh tabung empat

dan tabung lima. Pada tabung dua jumlah larutan 500 ml tercapai pada

pengaliran ke-enam, sedangkan pada tabung empat dan tabung lima

jumlah larutan yang sama dicapai pada pengaliran ke-delapan tabung

empat (atau pegukuran ke lima belas dari pengukuran pertama) dan

pengaliran ke sebelas tabung lma atau (pengukuran ke dua puluh tujuh

dari pengaliran pertama). Hal ini dikarenakan untuk keadaan diam

(idle) pada tabung dua akan mengalirakan larutan sebanyak 4 ml untuk

setiap detiknya. Sedangkan tabung empat dan tabung dua sendiri

relatif lebih stabil (tidak atau hanya sedikit larutan yang mengalir)

untuk keadaan diam.

Pada pengaliran pertama masing-masing tabung, yaitu dengan perintah

bukaan step sebesar 30 menghasilkan keluaran jumlah volume sebesar

40 ml untuk tabung 2, dan 35 liter untuk tabung 4 dan tabung 5.

Sebagai perbandingan seting awal fuzzi diharapkan akan megalirkan

50 ml larutannya. Jumlah volume aktual yang masuk ke dalam tabung

pencampur memerintahkan kembali fuzzi untuk memberikan perintah

menggerakkan motor steppernya. Pada kondisi ini jumlah stepper

fuzzi akan menurun sesuai dengan no pengukurannya. Jumlah stepper

fuzzi yang menurun ini sebanding dengan jumlah volume larutan yang

berkurang ketika masuk ke tabung pencampur pada tiap

pengukurannya. Hal itu tercipta untuk pengukuran pada tabung 5.

Sedangkan pada tabung 2 dan tabung 4 anomali terjadi pada

53

pengaliran ke-5 dan 6 untuk tabung 2 dan pengaliran ke-8 dan 9 untuk

tabung 4. Kemungkinan ini terjadi dikarenakan jeda antar pengaliran

yang cukup lama sehingga tabung 2 dan tabung 4 mengalirskan

larutannya meskipun dalam keadaan diam (idle).

Gambar 5.7 memperlihatkan pergerakan dari konsentrasi larutan

masing-masing tabung ketika terjadi pencampuran pada tabung

pencampur. Konsentrasi awal menunjukkan konsentrasi yang terdapat

pada masing-masing tabung. Konsentrasi awal ini berbeda untuk

masing-masing tabung, tergantung dari setinganya. Setingan tersebut

yang menentukan berapa banyak larutan yang diperlukan untuk

dialirkan. Lalu setelah dialirkan didapat konsentrasi akhir dari larutan.

Konsentrasi akhir ini kemudian dibandingkan dengan konsentrasi

harapan yang terdapat pada tabel 2.1 data kebutuhan nutrisi tomat.

Gambar 5.8 Indeks Pengukuran terhadap pergerakan konsentrasi larutan

00.0020.0040.0060.0080.01

0.0120.0140.016

0 10 20 30

Konsen

trasi Larutan

No Pengukuran

Grafik Konsentrasi Larutan

Tabung 2 (Set Point [M] = 0.0051 M)Tabung 4 (Set Point [M] = 0.0063 M)Tabung 5 (Set Point [M] = 0.0133 M)

54

Dalam percobaan ini, tabung 2 memiliki konsentrasi larutan

Monopotasaium Phosphate sebesar 0.015 M, sedangkan tabung 4 dan

tabung 5 konsentrasinya larutan Potassium Nitrate dan Magnesium

Sulfate sebesar 0.02 M dan 0.043 M. Untuk mendapatkan nilai

konsentrasi yang diharapkan maka masing-masing tabung diharapkan

mengalirkan volumenya sebesar 500 ml (Persamaan 2.2 dan 2.3).

Pada tujuh pengaliran pertama melalui tabung 2 tidak terjadi

penngenceran sama sekali. Nilai dari konsentrasi larutan

Monopotassium Phosphate pada tabung pencampur masih tetap sama

dengan nilai konsntrasi di tabung 2, yaitu sebesar 0.015 M. Dengan

demikian kesalahan yang terdapat pada pengukuran ini masih sebesar

195%.

Setelah itu proses selanjutnya adalah pengaliran larutan Potassium

Nitrate pada tabung 4. Proses pencampuran yang terjadi adalah

pegentalan larutan Potassium Nitrate lalu kemudian larutan tersebut

diencerkan. Sedangkan pada larutan Monopotassium Phosphate

prosesnya adalah pengenceran larutan. Pada pengenceran ke-15

didapatkan nilai konsentrasi larutan Monopotassium Phosphate pada

tabung 2 dan Potassum Nitrate pada tabung 4 adalah sebesar

0.00733769 M dan 0.0094975 dengan kesalahan masing-masing

larutan sebesar 48% dan 38%.

Pengaliran terakhir terjadi untuk tabung 5 untuk larutan Magnesium

Sulfate. Proses pengaliran ini adalah pengentalan larutan Magnesium

55

Sulfate serta pengenceran larutan Monopotassum Phosphate dan

Potassium Nitrate. Pada percobaan ini 11 pencampuran yang

dilakukan oleh larutan Magnesium Sulfate terhadap larutan

Monoptassium Phosphate dan Potassium Nitrate menghasilkan

konsentrasi akhir dari masing-masing larutan sebesar 0.00503336 M

(Monopotassium Phosphate), 0.0066443 M (Potassium Nitrate), dan

0.01395303 M (Magnesium Sulfate) dengan kesalahan akhir masing-

masing larutan sebesar 1.3%, 3.46% dan 4.9% (lihat tabel 5.2).

V.4 Penerapan Kontrol Nutrisi

Gambar 5.9 memperlihatkan ke-delapan tabung dari nutrisi yang akan

mengalirkan larutannya ke dalam tabung pencampur. Kedelapan tabung tersebut

berisi 8 larutan nutrisi yaitu Monopottasium Phosphate, Potassum Nitrate,

Magnesium Sulfate, Potassium Chloride, Calcium Nitrate, Campuran iron

Chelate, Micronutrient, dan Air Aquades.

No Tabung Larutan Konsentrasi

Awal (M) Konsentrasi Akhir (M)

Konsentrasi Harapan

Kesalahan (%)

2 Monopottasium Phosphate 0.015 0.0050336 0.0051 1.302803

4 Pottasium Nitrate 0.02 0.0066443 0.0063 5.465004794

5 Magnesium Sulfate 0.042 0.013953 0.0133 4.909925821

Tabel 5.2 Data Konsentrasi awaal dan akhir larutan untuk tiap tabung

56

Sedangkan untuk pengaliran nutrisi dari tabung pencampur diatur dengan

kecepatan konstan 20 ml/detik. Gambar dibawah ini memperlihatkan bagaimana

aliran larutan mengalir pada wadah penanaman. Terlihat bahwa pada ujung

bagian kiri larutan keluar dari tabung pencampur, dan dialirkan menuju tempat

pembuangan sementara di bagian ujung yang kanan.

Gambar 5.10 Gambar Wadah penanaman, tempat pengaliran untuk Hidroponik

NFT tanaman tomat

Gambar 5.9 Delapan tabung larutan untuk nutrisi tanaman tomat

57

Setelah dipastikan larutan mengalir dengan lancar, penanaman tumbuhan tomat

untuk sistem hidroponik NFT dilakukan. Sterofoam yang telihat berwarna putih

di gambar 5.11 berfungsi sebagai penahan tanaman agar dapat berdiri di wadah

penanaman. Pada saat penempatan di media sterofoam perlu dipastikan bahwa

akar tanaman dapat benar-benar menerima nutrisi yang dialirkan di wadah

penanaman tersebut.

Hasil implementasi dari rancangan sistem pada bab IV diperlihatkan oleh gambar

5.12 di halaman 57. Sistem yang telah dibangun memiliki tinggi 1.46 m dengan

lebar 1.2 meter. Tiang-tiang penyannga dibuat dari campuran alumanium dan

besi. Untuk jalur pengaliran nutrisi digunakan selang dengan diameter 4 cm.

Wadah penanaman berdimensi 43 × 21 × 18 cm. Jalur komunikasi dilakukan

dengan menggunakan tiga buah kabel paralel dengan panjang 1.5 meter dengan

dua buah kabel untuk menghubungkan plant dan mikrokontroller dan satu buah

kabel lainnya untuk menghubungkan mikrokontroller dan komputer. Selain itu

juga digunakan satu buah kabel serial dengan panjang 3 m untuk memgirimkan

data dari komputer ke mikrokontroller.

Gambar 5.11 Tanaman tomat yang disimpan pada media Sterofoam, sistem aliran

hidroponik NFT mengalir pada akar tanaman

58

Gambar keseluruhan sistem yang dihasilkan diperlihatkan oleh gambar 5.13

dibawah ini.

Gambar 5.13 Implementasi keseluruhan perangkat sistem hidroponik NFT tanaman tomat

Gambar 5.12 Implementasi perancangan sistem untuk hidroponik NFT tanaman tomat