i
LAPORAN SKRIPSI
RANCANG BANGUN KENDALI TINGGI AIR PADA
SISTEM IRIGASI OTOMATIS UNTUK LAHAN
PERSAWAHAN PADI DENGAN SUPPLY MANDIRI
MASBAIKI
NIM.201552033
DOSEN PEMBIMBING
Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng.
Dr. Solekhan, S.T., M.T.
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MURIA KUDUS
2019
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
RANCANG BANGUN KENDALI TINGGI AIR PADA
SISTEM IRIGASI OTOMATIS UNTUK LAHAN
PERSAWAHAN PADI DENGAN SUPPLY MANDIRI
MASBAIKI
NIM. 201552033
Kudus, 30 Agustus 2019
Mengetahui,
Pembimbing Utama,
Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng
NIDN. 0610079002
Pembimbing Pendamping,
Dr. Solekhan, S.T., M.T.
NIDN. 0619057201
Mengetahui,
Koordinator Skripsi
Imam Abdul Rozaq S.Pd., M.T.
NIDN. 0629088601
iii
HALAMAN PENGESAHAN
RANCANG BANGUN KENDALI TINGGI AIR PADA SISTEM
IRIGASI OTOMATIS UNTUK LAHAN PERSAWAHAN
PADI DENGAN SUPPLY MANDIRI
MASBAIKI
NIM. 201552033
Kudus, 28 Agustus 2019
Menyetujui,
Ketua Penguji,
Mohammad Iqbal, S.T., M.T.
NIDN. 0619077501
Anggota Penguji I,
Budi Gunawan, S.T., M.T.
NIDN. 0613027301
Anggota Penguji II,
Noor Yulita Dwi Setyaningsih, M.Eng
NIDN. 0610079002
Mengetahui,
Dekan
Fakultas Teknik
Mohammad Dahlan, S.T., M.T.
NIDN. 0601076901
Ketua Program Studi
Teknik Elektro
Mohammad Iqbal, S.T., M.T.
NIDN. 0619077501
iv
PERNYATAAN KEASLIAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama :
NIM :
Tempat & Tanggal Lahir :
Judul Skripsi :
Masbaiki
201552033
Kudus, 09 November 1996
Rancang Bangun Kendali Tinggi Air Pada Sistem
Irigasi Otomatis Untuk Lahan Persawahan Padi
Dengan Supply Mandiri
Menyatakan dengan sebenarnya bahwa penulisan Skripsi ini berdasarkan hasil
penelitian, pemikiran dan pemaparan asli dari saya sendiri, baik untuk naskah laporan
maupun kegiatan lain yang tercantum sebagai bagian dari Skripsi ini. Seluruh ide,
pendapat, atau materi dari sumber lain telah dikutip dalam Skripsi dengan cara
penulisan referensi yang sesuai.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila di
kemudian hari terdapat penyimpangan dan tidak benaran dalam pernyataan ini, maka
saya bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar dan sanksi lain
sesuai dengan peraturan yang berlaku di Universitas Muria Kudus.
Demikian pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar tanpa paksaan dari
pihak mana pun.
Kudus, 30 Agustus 2019
Yang memberi pernyataan,
Masbaiki
NIM. 201552033
v
RANCANG BANGUN KENDALI TINGGI AIR PADA SISTEM IRIGASI OTOMATIS UNTUK LAHAN PERSAWAHAN PADI DENGAN SUPPLY
MANDIRI
Nama mahasiswa : Masbaiki
NIM : 201552033
Pembimbing :
1. Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng.
2. Dr. Solekhan, S.T., M.T.
RINGKASAN
Air merupakan hal yang sangat penting untuk memenuhi kebutuhan tumbuhan. Pengairan atau irigasi merupakan faktor penting dalam industri pertanian dan perkebunan. Irigasi dapat memengaruhi hasil dari pertanian dan perkebunan. Beberapa ancaman serius yang dihadapi industri tersebut salah satunya adalah semakin menurunnya ketersediaan air. Untuk itu dibutuhkan upaya untuk menggunakan air secara tepat.
Metode yang digunakan adalah research and development dengan pencarian materi, perancangan alat kemudian pembuatan alat sistem kendali ketinggian air pada sistem irigasi persawahan otomatis, dan pemasangan empat sensor ultrasonik yang terhubung dengan mikrokontroler Arduino Mega pada setiap sudut replika sawah, pengambilan data sampai menganalisa. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian sensor ultrasonik HC-SR04, pengujian sensor soil moisture SEN0114, dan pengujian respon sistem. Sehingga dapat terciptanya sebuah prototipe yang dapat mengendalikan ketinggian air pada sistem irigasi otomatis untuk lahan persawahan padi dengan supply mandiri.
Penelitian ini menghasilkan sistem kendali ketinggian air pada sistem irigasi otomatis untuk tanaman padi dari usia 1 hari sampai panen. Dari pengujian diperoleh saat umur 1 – 21 hari dengan setting point ketinggian air 3 cm didapatkan respon sistem steady state dari kondisi awal tanah kering membutuhkan waktu 2 menit 23 detik, sedangkan saat kondisi awal tanah basah waktu steady state yang dibutuhkan 2 menit 34 detik untuk usia 21 – 45 hari dengan setting point ketinggian air 7 cm didapatkan respon sistem steady state dari kondisi awal tanah basah waktu steady state dibutuhkan 2 menit 38 detik, sedangkan untuk usia 45 hari – panen dengan setting point ketinggian air 5 cm didapatkan respon sistem steady state dari kondisi awal basah waktu steady state dibutuhkan 6 menit 5 detik.
Kata Kunci : Irigasi, Arduino Mega, Sensor Ultrasonik HC-SR04, Sensor Soil
Moisture SEN0114.
vi
DESIGN OF HIGH WATER CONTROL IN AUTOMATIC IRIGATION SYSTEM FOR RICE LAND USING STANDALONE SUPPLY
Student Name : Masbaiki
Student Identity Number : 201552033
Supervisor :
1. Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng.
2. Dr. Solekhan, S.T., M.T.
ABSTRACT
Water is very important to meet the of plants,irrigation is an important factor in the agriculture and plantation industries. Irrigation can affect the results of agriculture and plantations, some serious threats faced by the industry one of which is the declining availability of water. This rrequires efforts to use water appropriately.
The method used is research and development by searching material, designing tools and then making tools for water level control systems in automatic rice field irrigation systems, and installing four ultrasonic sensors connected to the Arduino Mega microcontroller at each corner of the rice field replica, taking data to analyze. Tests carried out include testing the ultrasonic sensor HC-SR04, testing the soil moisture sensor SEN0114, and testing the system response. So that it can create a prototype that can control the water level in an automatic irrigation system for paddy fields with independent supply.
The reseach resulted in a water level control system in an automatic rice field irrigation system for rice plants from thr age of 1 day with a 3 cm water level setting point obtained a steady state system response from the initial conditions of dry soil takes 2 minutes 23 seconds, while when the initial conditions are wet the steady state takes 2 minut 34 seconds for age 21 – 45 days with a water level setting point of 7 cm obtained a steady state system response from the initial conditions of wet soil steady state takes 2 minutes 38 seconds, while for age 45 days – harvesting with a water level setting point of 5 cm obtained a steady state system response from wet initial condition steady state takes 6 minutes 5 seconds. Keywords: Irrigation, Arduino Mega, Ultrasonic HC-SR04 Sensor, Soil Moisture SEN0114 Sensor.
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’ alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Alhamdulillah, dengan segala puji bagi Allah SWT tuhan pencipta alam
semesta yang telah melimpahkan segala rahmat, nikmat dan hidayah-Nya, sehingga
penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan skripsi dengan judul “ Rancang
Bangun Kendali Tinggi Air Pada Sistem Irigasi Otomatis Untuk Lahan Persawahan
Padi Dengan Supply Mandiri”. Penulisan laporan beserta seluruh kegiatan skripsi ini
merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan program pendidikan S-1 Teknik
Elektro di Universitas Muria Kudus.
Selama pelaksanaan seluruh kegiatan skripsi beserta penulisan laporannya,
tidak terlepas dari bantuan dan dukungan dari beberapa pihak, untuk itu penulis
mengucapkan banyak terima kasih kepada :
1. Bapak H. Juanda dan Ibu Hj. Waldati S.Pd. selaku orang tua yang sabar
memberi dorongan motivasi, semangat, kasih sayang yang tulus serta iringan
do’a tiada hentinya beliau berikan.
2. Bapak Dr. Suparnyo, S.H., M.S. selaku Rektor Universitas Muria Kudus.
3. Bapak Mohammad Dahlan, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muria Kudus.
4. Bapak Mohammad Iqbal, S.T., M.T. selaku ketua program Studi Teknik
Elektro Universitas Muria Kudus.
5. Ibu Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng. selaku sekaligus dosen
pembimbing I yang telah memberikan ide, motivasi, gagasan dalam
pelaksanaan skripsi
6. Bapak Dr. Solekhan, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing II yang sabar
memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penyusunan skripsi
ini.
7. Bapak Budi Gunawan, S.T., M.T., Bapak Iman Abdul Rozaq, S.T., M.T. dan
F. Shoufika Hilyana, S.Si., M.Pd. Selaku dosen Teknik Elektro Universitas
Muria Kudus yang telah memberikan ilmu yang bermanfaat bagi penulis.
8. Bapak Budi Cahyo Widodo, S.T. sebagai Laboran Teknik Elektro Universitas
Muria Kudus yang telah memberikan kemudahan bagi penulis dalam
peminjaman alat praktikum selama perkuliahan maupun di luar jam kuliah.
9. Teman kuliah di Teknik Elektro Universitas Muria Kudus khususnya angkatan
2015, teman yang humoris, teman seperjuangan selama kuliah dari awal masuk
kuliah sampai wisuda.
viii
10. Adib Lazwar, ST dan seluruh kakak tingkat Teknik Elektro angkatan 2013 dan
2014, yang telah memberikan nasehat, motivasi, saran, serta ilmu yang
bermanfaat bagi penulis.
11. Anggota club Suzuki Katana Jimny Indonesia chapter Kudus (SKIn Kudus)
yang selalu mensupport dalam berkegiatan sosial maupun kegiatan lainnya.
Semoga menjadi catatan amal tersendiri di hari perhitungan kelak dan Allah
SWT memberi balasan berkali-kali lipat atas jasa setra budi baik mereka yang telah
membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi sekaligus pembuatan laporan ini.
Penulis menyadari sebagai manusia biasa bahwa adanya kekurangan dalam
penulisan laporan skripsi ini, karena itu penulis menerima kritik, saran serta masukan
yang membangun dari pembaca. Akhir kata penulis berharap semoga buku laporan
skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan untuk para pembaca umum.
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.
Kudus, 01 Februari 2019
Penulis
ix
DAFTAR ISI
LAPORAN SKRIPSI .................................................................................................. i
HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................................. ii
HALAMAN PENGESAHAN . .............................................................................. ...iii
PERNYATAAN KEASLIAN .................................................................................. iv
RINGKASAN ............................................................................................................ v
ABSTRACT ............................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR .............................................................................................. vii
DAFTAR ISI .............................................................................................................. ix
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xii
DAFTAR TABEL ................................................................................................... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................ xv
DAFTAR SINGKATAN DAN ISTILAH ............................................................. xvi
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1
1.2 Perumusan Masalah ...................................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah............................................................................................ 3
1.4 Tujuan ........................................................................................................... 3
1.5 Manfaat ......................................................................................................... 4
BAB II TINJUAN PUSTAKA .................................................................................. 5
2.1 Penelitian Terkait .......................................................................................... 5
2.2 Budidaya Padi ............................................................................................... 7
2.3 Charger Controller ........................................................................................ 8
2.4 Sel Surya ....................................................................................................... 8
2.5 Accumulator (Aki) ........................................................................................ 9
2.6 Inverter ........................................................................................................ 10
2.7 Arduino Mega ............................................................................................. 11
2.8 Sensor Soil Moisture SEN0114 ................................................................... 11
2.9 Alat Ukur Kelembapan Tanah Seri ETP 306 .............................................. 12
2.10 Motor Pompa Mini ...................................................................................... 13
2.11 Sensor Ultrasonik HC-SR04 ....................................................................... 13
x
2.12 Real Time Clock (RTC) ............................................................................... 15
2.13 Relay ............................................................................................................ 15
2.14 Modul Inter Integrated Circuit ................................................................... 16
2.15 LCD 16x2 .................................................................................................... 16
2.16 Respon Sistem ............................................................................................. 17
BAB III METODOLOGI ........................................................................................ 18
3.1 Metode Yang Digunakan ............................................................................ 18
3.2 Tempat dan Waktu ...................................................................................... 18
3.3 Tahapan Alur Penelitian .............................................................................. 18
3.4 Study Literature .......................................................................................... 19
3.5 Perancangan Hardware ............................................................................... 20
3.5.1 Skema Panel Surya ................................................................................. 21
3.5.2 Skema Rangkaian Kendali ..................................................................... 22
3.6 Perancangan Software ................................................................................. 23
3.7 Perancangan Alat ........................................................................................ 25
3.8 Pengambilan Data Alat Sistem Irigasi Persawahan Otomatis..................... 26
3.8.1 Proses Karakterisasi ............................................................................... 27
3.8.2 Proses Kalibrasi Alat Dengan Alat Ukur ............................................... 27
3.8.3 Pengujian Keseluruhan Alat ................................................................... 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................. 28
4.1 Hasil Pembuatan Prototipe .......................................................................... 28
4.2 Hasil Pengujian LCD .................................................................................. 29
4.3 Hasil Proses Karakterisasi ........................................................................... 31
4.3.1 Hasil Karakterisasi Sensor Soil Moisture SEN0114 ............................. 31
4.3.2 Hasil Karakterisasi Sensor Ultrasonik HC-SR04 Pada Tandon Air ..... 32
4.3.3 Hasil Karakterisasi Sensor Ultrasonik HC-SR04 Pada Replika Sawah 35
4.4 Hasil Proses Kalibrasi ................................................................................. 43
4.4.1 Hasil Kalibrasi Sensor Soil Moisture SEN0114 ................................... 43
4.4.2 Hasil Kalibrasi Sensor Ultrasonik HC-SR04 Pada Tandon Air ............ 45
4.4.3 Hasil Kalibrasi Sensor Ultrasonik HC-SR04 Pada Replika Sawah ...... 46
4.5 Hasil Pengujian Pada Tandon Air ............................................................... 51
4.6 Hasil Pengambilan Data Keseluruhan Sistem ............................................. 53
xi
4.6.1 Hasil Pengambilan Data Ketinggian Air Pada Padi Usia 1-21 Hari .... 53
4.6.2 Hasil Pengambilan Data Ketinggian Air Pada Padi Usia 1-21 Hari .... 54
4.6.3 Hasil Pengambilan Data Ketinggian Air Pada Padi Usia 1-21 Hari .... 56
4.6.4 Hasil Pengambilan Data Ketinggian Air Pada Padi Usia 21-45 Hari .. 58
4.6.5 Hasil Pengambilan Data Ketinggian Air Pada Padi Usia 21-45 Hari .. 59
4.6.6 Hasil Pengambilan Data Ketinggian Air Pada Padi Usia 45
Hari-Panen............................................................................................ 61
4.7 Perbandingan Data Dengan Penelitian Terkait Sebelumnya ..................... 62
BAB V PENUTUP .................................................................................................... 64
5.1 Kesimpulan ................................................................................................ 64
5.2 Saran ........................................................................................................... 64
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 65
LAMPIRAN .............................................................................................................. 68
BIODATA PENULIS
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 PWM Charger Controller ..................................................................... 7
Gambar 2.2 Panel Surya SUNLITE 10 WP .............................................................. 8
Gambar 2.3 Aki ......................................................................................................... 9
Gambar 2.4 Inverter .................................................................................................. 9
Gambar 2.5 Arduino Mega ..................................................................................... 10
Gambar 2.6 Sensor Soil Moisture SEN0114 ........................................................... 11
Gambar 2.7 Alat Ukur Kelembapan Seri ETP306 .................................................. 11
Gambar 2.8 Motor Pompa Mini .............................................................................. 12
Gambar 2.9 Sensor Ultrasonik HC-SR04 ............................................................... 14
Gambar 2.10 Modul Relay 2 channal ....................................................................... 15
Gambar 2.11 I2C (Inter Integrated Caircuit)............................................................. 15
Gambar 2.12 LCD 16X2 ........................................................................................... 16
Gambar 3.1 Diagram Blok Prosedur Penelitian ...................................................... 18
Gambar 3.2 Blok Diagram Perancangan Hardware ............................................... 19
Gambar 3.3 Skema Panel Surya .............................................................................. 20
Gambar 3.4 Skema Rangkaian Kendali .................................................................. 21
Gambar 3.5 Flow Chart Software Sistem Irigasi Persawahan Otomatis ................ 23
Gambar 3.6 Rancang Desain Alat ........................................................................... 25
Gambar 4.1 Mekanik Keseluruhan Alat. ................................................................ 30
Gambar 4.2 Program Pengujian LCD 16x2 ............................................................ 32
Gambar 4.3 Tampilan LCD 16x2............................................................................ 32
Gambar 4.4 Karakterisasi Sensor Soil Moisture SEN0114 Dengan Penggaris ...... 34
Gambar 4.5 Karakterisasi Sensor Ultrasonik Dengan Penggaris ............................ 36
Gambar 4.6 Karakterisasi Sensor Ultrasonik 1 Dengan Penggaris. ........................ 39
Gambar 4.7 Karakterisasi Sensor Ultrasonik 2 Dengan Penggaris ......................... 41
Gambar 4.8 Karakterisasi Sensor Ultrasonik 3 Dengan Penggaris ......................... 43
Gambar 4.9 Karakterisasi Sensor Ultrasonik 4 Dengan Penggaris ......................... 45
Gambar 4.10 Grafik Ketinggian Air Pada Padi Usia 1-21 Hari Tanpa Gangguan ... 54
Gambar 4.11 Grafik Ketinggian Air Pada Padi Usia 1-21 Hari Tanpa Gangguan ... 55
Gambar 4.12 Grafik Ketinggian Air Pada Padi Usia 1-21 Hari Dengan Gangguan . 57
xiii
Gambar 4.13 Grafik Ketinggian Air Pada Padi Usia 21–45 Hari Tanpa Gangguan. 59
Gambar 4.14 Grafik Ketinggian Air Pada Padi Usia 21–45 Hari
Dengan Gangguan ............................................................................... 60
Gambar 4.15 Grafik Ketinggian Air Pada Padi Usia 45 Hari – Panen ..................... 62
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Sel Surya SUNLITE Model P-10W ........................................ 8
Tabel 2.2 Spesifikasi Sensor Ultrasonik HC-SR04................................................. 13
Tabel 4.1 Pengujian LCD 16x2 .............................................................................. 30
Tabel 4.2 Hasil Karakterisasi Sensor Soil Moisture SEN0114 ............................... 31
Tabel 4.3 Hasil Karakterisasi Sensor Ultrasonik Dengan Penggaris ...................... 33
Tabel 4.4 Hasil Karakterisasi Sensor Ultrasonik 1 Dengan Penggaris ................... 35
Tabel 4.5 Hasil Karakterisasi Sensor Ultrasonik 2 Dengan Penggaris ................... 37
Tabel 4.6 Hasil Karakterisasi Sensor Ultrasonik 3 Dengan Penggaris ................... 39
Tabel 4.7 Hasil Karakterisasi Sensor Ultrasonik 4 Dengan Penggaris ................... 41
Tabel 4.8 Hasil Kalibrasi Sensor Soil Moisture SEN0114 ..................................... 44
Tabel 4.9 Hasil Kalibrasi Sensor Ultrasonik Pada Tandon Air .............................. 45
Tabel 4.10 Hasil Kalibrasi Sensor Ultrasonik 1 ........................................................ 46
Tabel 4.11 Hasil Kalibrasi Sensor Ultrasonik 2 ........................................................ 47
Tabel 4.12 Hasil Kalibrasi Sensor Ultrasonik 3 ........................................................ 49
Tabel 4.13 Hasil Kalibrasi Sensor Ultrasonik 4 ........................................................ 50
Tabel 4.14 Hasil Pengujian Pengendalian Pada Tandon Air .................................... 52
Tabel 4.15 Hasil Pengambilan Data Kondisi Tanah Kering 1-21 Hari
Tanpa Gangguan ..................................................................................... 53
Tabel 4.16 Hasil Pengambilan Data Kondisi Tanah Basah 1-21 Hari
Tanpa Gangguan ..................................................................................... 55
Tabel 4.17 Hasil Pengambilan Data Kondisi Tanah Basah 1-21 Hari
Dengan Gangguan ................................................................................... 56
Tabel 4.18 Hasil Pengambilan Data Kondisi Tanah Basah 21 – 45 Hari
Tanpa Gangguan ..................................................................................... 58
Tabel 4.19 Hasil Pengambilan Data Kondisi Tanah Basah 21 – 45 Hari
Dengan Gangguan ................................................................................... 60
Tabel 4.20 Hasil Pengambilan Data Kondisi Tanah Basah 45 Hari – Panen ........... 61
xv
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN 1. Program Arduino Mega .................................................................. 68
LAMPIRAN 2. Hasil Pengambilan Data Ketinggian Air Pada Padi Usia 1-21 Hari
Tanpa Gangguan.............................................................................. 77
LAMPIRAN 3. Hasil Pengambilan Data Ketinggian Air Pada Padi Usia 1-21 Hari
Tanpa Gangguan.............................................................................. 85
LAMPIRAN 4. Hasil Pengambilan Data Ketinggian Air Pada Padi Usia 1-21 Hari
Dengan Gangguan............................................................................ 93
LAMPIRAN 5. Hasil Pengambilan Data Ketinggian Air Pada Padi Usia 21-45 Hari
Tanpa Gangguan.............................................................................101
LAMPIRAN 6. Hasil Pengambilan Data Ketinggian Air Pada Padi Usia 21-45 Hari
Dengan Gangguan...........................................................................109
LAMPIRAN 7. Hasil Pengambilan Data Ketinggian Air Pada Padi Usia 45 Hari –
Panen Tanpa Gangguan..................................................................117
LAMPIRAN 8. Foto Alat Kendali Ketinggian Air Pada Sistem Irigasi Otomatis Pada
Lahan Persawahan Padi Dengan Supply Mandiri...........................127
LAMPIRAN 9. Foto Buku Bimbingan.....................................................................128
xvi
DAFTAR SINGKATAN DAN ISTILAH
RTC : Real Time Clock
ADC : Analog to Digital Converter
LCD : Liquid Crystal Display
NO : Normally Open
NC : Normally Close
DC : Direct Current
PWM : Pulse Width Modulation
IC : Integrated Circuit
I2C : Inter Integrated Circuit
SCL : Serial Clock
SDA : Serial Data
LED : Light Emmiting Diode
SRI : System of Rice Intensification