ir irawadi buyung 14402

Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Periode III ISSN: 1979-911X Yogyakarta, 3 November 2012

B-63

AUTOMATIC WATERING PLANT BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89C51

Ir. Irawadi Buyung, M.T 1); Maruli Halomoan Silalahi , S.T 2)

(1) Teknik Elektro Universitas Respati Yogyakarta (2) Alumni Jurusan Teknik Elektro Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta

INTISARI Hidroponik (hydroponic) berasal dari kata hidro yang berarti air dan ponus yang berarti daya. Dengan

demikian, hidroponik memiliki arti memberdayakan air. Hidroponik juga didefinisikan sebagai soilless culture atau budi daya tanaman tanpa media tanah. Metode bercocok tanam secara hidroponik ini berbeda dengan metode bercocok tanam didalam rumah kaca (greenhouse), meskipun banyak budidaya hidroponik dilakukan didalam rumah kaca. Penggunaan rumah kaca dalam sistem hidroponik lebih banyak disebabkan karena faktor-faktor tertentu seperti ekosistem yang lebih mudah dikendalikan, keterbatasan lahan, Adapun teknik hidroponik terdiri dari :teknik NFT (Nutrient Film Technic), Ebb and Flow, Aeroponik, DFT (Deep Flow Technic), DFT plus Aerator, Hidroponic Sifon dan Top Feeding merupakan metode penyiraman dan metode tanam yang digunakan dalam budidaya tanaman. Teknik NFT merupakan salah satu teknik yang paling berhasil dan banyak digunakan karena memiliki effisiensi tinggi pada saat digunakan dalam penanaman, budidaya anak semai berumur dua minggu keatas. Selain itu lahan tanam untuk teknik NFT tidak mudah rusak, mudah dibersihkan (terbuat dari plastik PVC) dan dapat dikonfigurasikan sebagai sistem penyiraman yang tidak memungut kembali kelebihan aliran larutan hara (drain to wash) maupun sistem penyiraman yang mensirkulasikan kembali kelebihan larutan hara (aquaponic). Selain itu, hal penting yang harus ketahui bahwa pada sistem hidroponik yang telah ada,sistem penyiraman tanaman mengunakan timer standart (sebagai pengatur metode penyiraman otomatis), sehingga proses penyiraman tanaman tidak dapat disesuaikan dengan kebutuhan tanaman itu sendiri (terjadi pemborosan air dan nutrisi). Berdasarkan permasalahan diatas ,maka terciptalah sebuah sistem hidroponik baru yang terbentuk dari penggabungan berbagai teknik hidroponik yang ada yang memiliki Metode pengaturan penyiraman otomatis yang diatur berdasar kebutuhan tanaman, terbukti lebih efektif dan hemat (listrik maupun pupuk) dibandingkan metode penyiraman lainya.selain itu teknik hidroponik ini dapat digunakan dalam sistem penyiraman otomatis non-hidroponik (lahan terbuka) maupun hidroponik (lahan tertutup) yang memerlukan penggunaan pompa air standart.

ABSTRACT Hydroponic term is derived from hidro meaning water and ponus referring power. Therefore, hydroponic refers to empower water. Hydroponic is also defined as soilless culture or culture with no use of soil as its media. This type of hidroponic is different from greenhouse culture, even many types of hidroponic culture is performed in greenhouse. The usage of greenhouses in hydroponic system is more caused by some given factors such as controlability, limited area. Hydroponic technique consist of Nutrient Film Technique, Ebb and Flow, Aeroponic, DFT (Deep Flow Technique), DFT plus aerator, Hidroponic and siphon and Top feeding is a type of watering and cultural method in plant culturing. NFT is one of the most successful technique and most people use them due to highest efficiency used in planting, culturing for shoots of two-weeks-age and more. In addition, land used for NFT is not easy to degrade, is easy to clean (made from PVC) and can be configurized as watering system that not retake nutrient flowing (drain to wash) and a watering system which re-circulates nutrient flowing (aquaponic). In addition, the important thing to note is that in the existing hydroponic system, watering system exploits timer standard (as automatic watering regulation method); hence, the watering process cannot be adjusted to the plant need (water and nutrition exhaustion). Based on the aforementioned problem, a new type of hydroponic system are created from integration of various existing hydroponic techniques with automatic watering system based on plant needs. This is proved more effective and energy saving (electricity and fertilizer) compared to other watering system. In addition to this hydroponic system, non-hydroponic (open area) and hydroponic (closed area) automatic watering system requiring standard water pump. PENDAHULUAN

Hidroponik (hydroponic) berasal dari kata hidro yang berarti air dan ponus yang berarti daya. Dengan demikian, hidroponik memiliki arti memberdayakan air. Hidroponik juga didefinisikan sebagai soilless culture atau budi daya tanaman tanpa media tanah. Metode bercocok tanam secara hidroponik ini berbeda dengan metode bercocok tanam didalam rumah kaca (greenhouse), meskipun


B-64

banyak budidaya hidroponik dilakukan didalam rumah kaca. Penggunaan rumah kaca dalam sistem hidroponik lebih banyak disebabkan karena faktor-faktor tertentu seperti ekosistem yang lebih mudah dikendalikan, keterbatasan lahan, Adapun teknik hidroponik terdiri dari :teknik NFT (Nutrient Film Technic), Ebb and Flow, Aeroponik, DFT (Deep Flow Technic), DFT plus Aerator, Hidroponic Sifon dan Top Feeding merupakan metode penyiraman dan metode tanam yang digunakan dalam budidaya tanaman.

Teknik NFT merupakan salah satu teknik yang paling berhasil dan banyak digunakan karena memiliki effisiensi tinggi pada saat digunakan dalam penanaman, budidaya anak semai berumur dua minggu keatas. Selain itu lahan tanam untuk teknik NFT tidak mudah rusak, mudah dibersihkan (terbuat dari plastik PVC) dan dapat dikonfigurasikan sebagai sistem penyiraman yang tidak memungut kembali kelebihan aliran larutan hara (drain to wash) maupun sistem penyiraman yang mensirkulasikan kembali kelebihan larutan hara (aquaponic). Sayangnya model talang PVC khusus untuk NFT tidak tersedia di Indonesia dan harus dicari model penggantinya. Bahan-bahan seperti fiberglass, multiplex, dan papan kayu telah dicoba di IPB Bogor, tetapi hasilnya tidak memuaskan. Berdasar pengujian yang telah dilakukan, kondisi ini lebih banyak disebabkan karena spesifikasi teknik talang PVC khusus untuk NFT tidak dipublikasikan secara luas dan tidak dijual secara bebas. Selain itu, hal penting yang mempengaruhi hasil teknik ini adalah penggunaaan timer standart (sebagai pengatur metode penyiraman otomatis), sehingga proses penyiraman tanaman tidak dapat disesuaikan dengan kebutuhan tanaman itu sendiri (terjadi pemborosan air dan nutrisi

Landasan Teori, sistem penyiraman tanaman secara otomatis pada dasarnya merupakan salah satu bentuk aplikasi rangkaian elektronik ke dalam sistem penyiraman tanaman untuk lahan terbuka maupun tertutup dan tidak ditentukan berdasar jenis tanaman yang dibudidayakan.

Sistem ini menerapkan pengamatan secara terus menerus (24 jam per hari) terhadap status kelembaban media tanam yang dipakai. Adapun data perubahan kelembaban media tanam akibat proses fotosintesis tanaman dan penguapan dikonversi ke bentuk sinyal listrik menggunakan sensor kelembaban dan digunakan sebagai data eksekusi pengaturan pompa sirkulasi penyiraman. Sebagai bentuk uji coba sistem secara lengkap, desain alat digunakan bersama teknik hidroponik NFT yang telah dimodifikasi dan disesuaikan sehingga kemampuan dan effisiensi teknik tersebut dapat ditingkatkan secara signifikan.

Sistem penyiraman tanaman yang dirancang dimaksudkan untuk menjawab tantangan kebutuhan akan sistem penyiraman tanaman secara otomatis yang effisien, tepat guna, memiliki kinerja yang memuaskan dan mampu melakukan penghematan dalam hal pemakaian listrik maupun pupuk. Untuk mencapai hal tersebut, penulis menerapkan sistem penyiram tanaman dalam model hidroponik NFT termodifikasi dan memasangnya menjadi suatu sistem penyiram tanaman otomatis yang dilengkapi dengan jalur-jalur irigasi dan sirkulasi lengkap. Adapun bentuk side plant yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1 .Blok Diagram Side Plant


B-65

Dengan desain seperti dalam gambar 1.1 diatas, diharapkan kemungkinan terjadinya hal-hal yang merugikan dalam bercocok tanam seperti kekeringan media tanam, terhambatnya proses pertumbuhan tanaman karena pupuk tidak merata, pemborosan pupuk dan air, serta pemakaian listrik yang berlebihan akibat pompa sirkulasi yang hidup terus-menerus ditiadakan.Hidroponik sendiri terdiri dari beberapa teknikyang mana setiap teknik memiliki keungulan masing-masing,adapun teknik hidroponik itu diantaranya adalah : hidroponik substrat dan hidroponikNFT

Teknik substrat merupakan teknik dasar sistem bercocoktanam secara hidroponik. Teknik ini tidak menggunakan air sebagai media, tetapi menggunakan media padat selain tanah (batu apung, pasir, serbut gergaji atau gambut) untuk menyerap, menyediakan nutrisi air dan oksigen, serta untuk mendukung akar tanaman (sumber : Jean Baussingault, Budidaya Tanaman Dengan Pasir Dan Arang, Perancis). Hal penting yang harus diperhatikan dalam pembuatan sistem ini adalah : a) Ukuran partikel dan jenis substrat harus disesuaikan dengan jenis tanaman yang akan dibudidaya. b) Sterilisasi substrat yang akan digunakan. c) Sistem irigasi yang mendukung substrat (ebb and flow atau dropper) dan harus memiliki saluran

drainase yang baik.

Teknik hidroponik substrat juga dapat digunakan untuk penyemaian tahap 2 (dari kecambah sepanjang 2 cm sampai ke tunas sepanjang 5cm).Perhatikan gambar 2 dibawah ini:

Gambar 2. Teknik Hidroponik Substrat

Sumber : Imai, Non Circulating Hidroponic System, Tainan, TAIWAN AVRDC, 1986

Teknik hidroponik substrat dengan irigasi dropper telah diuji oleh Norters Regional Agricultural Engineering Service (NRAES) sejak tahun 1980. Dalam pengujian ini disebutkan bahwa keuntungan yang didapat dalam penggunaan teknik ini meliputi : a) Ideal digunakan untuk lahan tidak rataTanaman dapat memperoleh air sesuai kebutuhan b) Daun tanaman tidak basah sehingga mengurangi serangan cendawan c) Biaya operasional dan pemeliharaan relatif rendah karena otomatisasi penuh. d) Pengelolaan lahan atau tanaman dapat terus berlangsung, karena sistem irigasi yang digunakan

terfokus pada setiap tanaman. e) Distribusi nutrisi dan air berlangsung disekitar zona tanaman, sehingga penggunaannya sangat

effisien. f) Tidak terjadi kehilangan air akibat aliran permukaan maupun pengaruh angin. Teknik NFT (Nutrient Film Technique) merupakan budidaya tanaman secara hidroponik yang meletakkan akar tanaman pada lapisan air yang dangkal, tersirkulasi (drain to wash atau aquaponic) dan mengandung nutrisi sesuai kebutuhan tanaman. Dengan demikian akar tanaman dapat berkembang dalam larutan nutrisi tersebut. Mengingat bahwa kelebihan air dan nutrisi dalam talang NFT dapat mengurangi jumlah oksigen diseliling akar tanaman, maka lapisan nutrisi dalam sistem NFT ditentukan maksimal setinggi 3-4 mm

Hal penting yang harus diperhatikan dalam pembuatan sistem ini adalah : a) Kemiringan talang NFT disemua lajur tanam harus seragam (sumber acuan : 1-50).


B-66

b) Kecepatan aliran air dan nutrisi yang masuk melalui saluran inlet tidak boleh terlalu cepat karena harus disesuaikan dengan kemiringan talang (sumber acuan : emmiter dalam faucet irrigate dapat diganti dengan kran tipe ballvalve untuk inlet dan kran tipe backwash untuk outlet)

c) Styrofoam tempat tanaman cukup tebal dan harus mudah dibersihkan. Adapun gambar teknik hidroponik dengan menggunakan NFT dan Aquaponik seperti gambar 3

Gambar 3 Teknik Hidroponik NFT Dan Aquaponik

Sumber : Pinus Lingga, Desain Hidrophonik NFT, Penebar Swadaya, Jakarta, 2003

Mikrokontroller merupakan terobosan teknologi mikroprosesor dan mikro komputer dengan teknologi baru. Teknologi ini memanfaatkan teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang yang kecil, serta dapat diproduksi secara massal (dalam jumlah banyak). Dengan kelebihan itu maka mikrokontroller memiliki kelebihan di bidang ekonomis, yaitu mempunyai harga yang lebih murah (dibanding mikroprosesor). Mikrokontroller merupakan suatu chip mokroprosesor dengan dilengkapi sebuah CPU, Memori (RAM dan ROM) serta Input-Output. Dengan kata lain mikrokontroller dapat disebut sebagai suatu mikrokomputer yang dapat bekerja hanya menggunakan satu chip serta dibantu dengan sedikit komponen luar. Kelemahan utama dari mikrokontroler dibanding komputer adalah bahwa mikrokontroller tidak dapat menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka, dan lain sebagainya), sehingga hanya untuk suatu aplikasi tertentu saja.

Gambar 4 Struktur Pin AT 89C51 Sumber:Atmel Semiconductor, Datasheet AT89C51,Figure 1

MikrokontrolerAT89C51 mempunyai 40 kaki, 32 diantaranya adalah kaki untuk keperluan

Port Paralel. Satu Port Paralel terdiri dari 8 kaki, dengan demikian 32 kaki tersebut membentuk 4 Port Paralel. Port-Port Paralel tersebut dikenal dengan Port 0, Port 1, Port 2, dan Port 3. Nomor dari masing-masing kaki mulai dari 0 sampai 7, kaki pertama Port 0 disebut P0.0. dan kaki terakhir untuk Port 3 adalah P3.7.

Fungsi-fungsi kaki dari IC Mikrokontroler AT 89C51 secara singkat dapat dijelaskan sebagai berikut: a. Kaki 1 sampai 8 (Port 1)


B-67

Port 1 atau P1.X merupakan Port I/O dua arah (bidirectional) yang dilengkapi dengan pull up internal. Penyangga keluaran Port 1 mampu memberikan / menyerap arus empat masukan TTL (sekitar 1,6 mA). Jika nilai logika 1 dituliskan ke kaki-kaki Port 1, maka masing-masing kaki akan di- pulled high dengan pull up internal sehingga dapat digunakan sebagai masukan. Sebagai masukan, jika kaki-kaki Port 1 dihubungkan ke ground (di-pulled low), maka masing-masing kaki akan memberikan arus (source) karena di-pulled high secara internal. Port 1 juga menerima alamat bagian rendah (low byte) selama pemrograman dan verifikasi flash.

b. Kaki 9 (RST) Kaki RST Merupakan masukan reset (aktif tinggi) bagi CPU. Untuk mereset program sehingga kembali kekondisi awal. Masukan reset kondisi 1 selama 2 siklus mesin selama osilator bekerja akan mereset mikrokontroler yang bersangkutan.

c. Kaki 10 sampai 17 (port 3) Port 3 atau P3.X merupakan Port I/O dua arah (bidirectional) dengan dilengkapi pull-up internal. Penyangga keluaran Port 3 mampu memberikan atau menyerap arus senilai empat masukan TTL (sekitar 1,6 mA). Jika logika 1dituliskan ke kaki-kaki Port 3, maka masing-masing kaki akan di- pulled high dengan resistor pull-up internal sehingga dapat digunakan sebagai masukan. Hal penting yang harus diperhatikan adalah pada saat kaki-kaki Port 3 dihubungkan ke ground (di-pulled low), maka masing-masing kaki akan memberikan arus (source) karena di-pulled high secara internal. Port 3 juga memiliki fungsi khusus selain I/O, yaitu sebagai port fungsi alternatif seperti ditunjukan pada tabel 2.4, diantaranya menerima sinyal-sinyal kontrol (P3.6 dan P3.7), bersama-sama dengan Port 2 (P2.6 dan P2.7) selama pemrograman dan verifikasi flash sedang berlangsung.

Tabel 1 Fungsi-Fungsi Khusus Kaki-Kaki Port 3

Port Fungsi P3.0 RXD, merupakan port masukan serial data P3.1 TXD, merupakan port keluaran serial data P3.2 INT0, merupakan port interupsi 0 eksternal P3.3 INT1, merupakan port interupsi 1 eksternal P3.4 T0, merupakan port timer 0 eksternal P3.5 T1, merupakan port timer 1 eksternal P3.6 WR, merupakan port write strobe memori data eksternal P3.7 RD, merupakan port read strobe memori data eksternal

Sumber: WWW.Atmel.Com, Datasheet AT89C51

d. Kaki 18 (XTAL2) Kaki XTAL2 merupakan keluaran dari penguat osilator membalik. e. Kaki 19 (XTAL 1) Kaki XTAL1 merupakan masukan ke penguat osilator membalik dan masukan ke clock internal. f. Kaki 20 (GND) Kaki GND merupakan Ground atau pentanahan. g. Kaki 21 sampai 28 (port 2)

Port 2 atau P2.X merupakan port I/O dua arah (bidirectional) dengan dilengkapi pullup internal. Penyangga keluaran Port 2 mampu memberikan/menyerap arus empat masukan TTL (sekitar 1,6 mA). Jika logika 1dituliskan ke kaki-kaki Port 2, maka masing-masing kaki akan di- pulled high dengan pull up internal sehingga dapat digunakan sebagai masukan. Sebagai masukan, jika kaki-kaki Port 2 dihubungkan ke ground (di-pulled low), maka masing-masing kaki akan memberikan arus (source) karena di-pulled high secara internal. Port 2 akan memberikan byte alamat bagian tinggi (high byte) selama pengambilan instruksi dari memori program eksternal dan selama pengaksesan memori data eksternal yang menggunakan perintah dengan alamat 16-bit. Port 2 juga menerima alamat bagian tinggi selama pemrograman dan verifikasi flash.


B-68

h. Kaki 29 (PSEN) Kaki PSEN (Program Strobe Enable) merupakan sinyal baca untuk memori program eksternal.

Saat mikrokontroler menjalankan program dari memori eksternal, PSEN* akan diaktifkan dua kali persiklus mesin, kecuali dua aktivasi PSEN* dilompati (diabaikan) saat mengakses memori data eksternal.

i. Kaki 30 (ALE/PROG) Keluaran ALE (Address Latch Enable) menghasilkan pulsa-pulsa untuk mengunci byte rendah

(low byte) alamat selama mengakses eksternal memori. Kaki ini juga berfungsi untuk masukan program (the program pulse input) atau PROG* selama pemrograman flash. Pada operasi normal ALE akan berpulsa dengnan laju 1/6 dari frekuensi kristal dan dapat digunakan sebagai pewaktuan atau clock rangkaian eksternal. Jika dikehendaki operasi ALE dapat dimatikan dengan cara mengatur bit 0 dari SFR pada lokasi 8Eh. Jika isinya logika 1, ALE hanya akan aktif selama dijumpai instruksi MOVX atau MOVC. Selain proses tersebut diatas, kaki ALE akan secara lemah di pulled high sehingga dengan mematikan bit pin ini tidak akan memberikan efek selama pengaksesan secara eksternal.

j. Kaki 31 (EA/VPP) Kaki EA/VPP (Eksternal Access Enable) harus selalu dihubungkan ke ground, jika mikrokontroler

ingin mengeksekusi program dari luar. Selain dari itu EA* harus selalu dihubungkan ke VCC, agar mikrokontroler mengakses program secara internal. Kaki ini juga berfungsi menerima tegangan 12VDC saat pemrograman flash.

k. Kaki 32 sampai 39 (port 0) Port 0 atau P0.X merupakan port I/O bertipe open drain bidirectional. Sebagai port keluaran,

masing-masing kaki dapat menyerap arus delapan masukan TTL (sekitar 3,8 mA). Pada saat logika 1 dituliskan ke kaki-kaki Port 0 ini, maka kaki-kaki Port 0 dapat digunakan sebagai masukan-masukan berimpedansi tinggi. Port 0 juga dapat di konfigurasikan sebagai bus alamat/data bagian rendah (low byte) selama proses pengaksesan memori data dan program eksternal. Jika digunakan dalam mode ini Port 0 memiliki pull up internal. Selain itu, port 0 juga menerima kode-kode yang dikirimkan selama proses pemrograman dan mengeluarkan kode-kode selama proses verifikasi program yang telah tersimpan dalam flash. Oleh karena itu port 0 memerlukan resistor pull up eksternal selama proses verifikasi program.

l. Kaki 40 (VCC)

Kaki VCC Saluran supply tegangan ke IC.

Memori Mikrokontroler AT89C51, semua produk mikrokontroler AT89C51 dari Atmel memiliki ruang alamat memori dan data program yang terpisah. Pemisahan memori program dan data tersebut membolehkan memori data diakses dengan alamat 8-bit, sehingga dapat dengan cepat dan mudah disimpan dan dimanipulasi oleh CPU 8-bit. Namun demikian, alamat memori data 16-bit bisa juga dihasilkan melalui register DPTR. Didalam mikrokontroler memori program hanya bisa dibaca saja. Sedangkan untuk mengakses program memori eksternal dapat dilakukan melalui sinyal PSEN (Program Strobe Enable). Memori data menempati suatu ruang alamat yang terpisah dari memori program sehingga memori eksternal dapat diakses secara langsung hingga 64 Kbyte dalam ruang memori data eksternal. Untuk mengakses hal tersebut, bagian CPU akan memberikan sinyal baca dan tulis, RD dan WR, selama pengaksesan data eksternal.

Memori data eksternal dan memori program eksternal dapat dikombinasikan dengan cara menggabungkan sinyal, RD dan PSEN melalui gerbang AND dan keluarannya sebagai tanda baca ke memori data/program eksternal. a. Memori Program, struktur memori AT89C51 ditunjukkan pemetaan bagian bawah dari memori

program. Setelah reset, CPU segera mengerjakan program mulai dari lokasi 0000h, sedangkan lokasi layanan interupsi menempati alamat-alamat dengan jarak 8-byte : 0003h untuk Eksternal


B-69

Interupt 0, 000Bh untuk Timer , 0013h untuk External Interupt 1 dan seterusnya. Jika suatu layanan interupsi sangat pendek (kurang dari 8-byte), maka seluruh rutin bisa disimpan pada lokasi yng bersangkutan (sesuai dengan interupsi yang digunakan), tetapi jika terlalu panjang (lebih dari 8-byte) maka harus digunakan suatu perintah lompat ke lokasi rutin interupsi yang sebenarnya (dilokasi lain dalam memori program).

b. Memori Data, pada gambar struktur pin AT89C51 di atas, bagian sebelah kanan digambarkan ruang-ruang memori data internal dan eksternal yang tersedia pada AT89C51. Seperti telah dijelaskan diatas memori data dapat memberikan fasilitas baca dan tulis RD* dan WR*, fasilitas ini digunakan untuk mengakses data eksternal. Pada Gambar 128 byte rendah RAM internal ditunnjukkan bagaimana bagian RAM 128 byte bawah dipetakan. 32 byte bawah dikelompokan menjasi 4 bank dan 8 register (R0 hingga R7). Dua bit pada PSW (Program Status World) digunakan untuk memilih kelompok register mana yang digunakan. 16 byte berikutnya, diatas bank-bank register membentuk suatu blok ruang memori yang bisa teralamati per-bit (bit addressable). Alamat-alamat bit ini adalah : 00h hingga 7Fh.

Semua byte yang berada didalam 128 bawah dapat diakses baik secara langsung maupun tak

langsung. Bagian 128 atas dari RAM hanya ada didalam piranti yang memiliki RAM berukuran 256 byte.

Tabel 2 Pengaturan Port Mikrokontroller No Port Fungsi Keterangan Bus wire 1 P0.0 Data ke db0

vs

2

2 P0.1 Data ke db1 3 P0.2 Data ke db2 4 P0.3 Data ke db3 5 P0.4 Data ke db4 6 P0.5 Data ke db5 7 P0.6 Data ke db6 8 P0.7 Data ke db7 9 P1.0 Kontrol E cvs1 10 P1.1 Kontrol RW cvs2 11 P1.2 Kontrol RS cvs3 12 P1.3 nc

Tidak digunakan

- 13 P1.4 nc - 14 P1.5 nc - 15 P1.6 nc - 16 P1.7 nc - 17 P2.0 Data dari sensor di plant_1 d1

3

18 P2.1 Data dari sensor di plant_2 d2 19 P2.2 Data dari sensor di plant_3 d3 20 P2.3 Data dari sensor di watertank d4 21 P2.4 nc

Tidak digunakan 22 P2.5 nc 23 P2.6 nc 24 P2.7 nc 25 P3.0 nc Tidak digunakan - 26 P3.1 Kendali pump_1 c1

1

27 P3.2 Kendali pump_2 c2 28 P3.3 Kendali pump_3 c3 29 P3.4 Kendali pump_4 c4 30 P3.5 nc

Tidak digunakan 31 P3.6 nc 32 P3.7 nc


B-70

PEMBAHASAN Pada bab pembahasan ini berisi perancangan-perancangan, baik perancangan software maupun hardware. Perancangan Perangkat Keras (Hardware ).

Gambar 3.5 Blok Diagram Automatic Watering Plant

Minimum sistem AT89C51 merupakan rangkaian mikrokontroller dalam konfigurasi paling sederhana. Sistem ini hanya memerlukan osilator eksternal yang disusun menggunakan kristal 11,059Mhz, kapasitor C2 dan C3. Sedangkan untuk rangkaian reset hanya memerlukan saklar mikro S2, kondensator C1 dan resistor R1.

Dalam perancangan alat, sistem ini digunakan untuk mengendalikan 4 buah pompa dan 1 display LCD berdasarkan data masukan dari 3 buah sensor kelembaban dan 1 sensor di water tank. Dengan adanya kebutuhan ini, maka bentuk inisialisasi port yang digunakan dapat dilihat dalam Tabel 3.1.

Mikrokontroller

Control

Display

Sensor+V5V

+V5V

ResetS2

+

C110uF

+

C510uF

Contras AdjR410k

+V5V

R121k

C330pF

C230pF

XTAL111.059MHZ

89c51

P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78rst9rxd10txd11int012int113t014t115wr16rd17xtal18xtal19gnd20 a821

a922a1023a1124a1225a1326a1427a1528

psen29ale30ea31

ad732ad633ad534ad435ad336ad237ad138ad039vcc40

U1

R11k

3

10

12

9876543

1413121110987

654

3

1

22

87654321

1

3

2

1

Gambar 6 Rangkaian Sistem Minimum AT89C51

Kondensator C5 digunakan untuk pemfilteran tegangan catuan yang masuk ke pin 40 (Vcc)

dan pin 31 (EA). Sedangkan variabel resistor R4 digunakan untuk pengaturan level contras tampilan LCD. Display LCD, alat menggunakan LCD TM162ABC tipe 2 x 16 baris sebagai tampilan utamanya. Konfigurasi yang diperlukan dalam pengaturan LCD tersebut terdiri dari 8 jalur data (DB0-


B-71

DB7), 1 jalur RS (register select), 1 jalur R/W (read/write), dan 1 jalur E (enable). Dengan demikian diperlukan 11 saluran untuk berhubungan dengan mikrokontroller. Perhatikan konfigurasi pemasangan LCD TM162ABC,dengan mikrokontroller.Lihat Gambar 3.5.

Sensor kelembaban dan sensor water tank digunakan sebagai rangkaian penghasil pulsa kendali untuk port P2.0, P2.1, P2.2 dan P2.3. Karena secara prinsip keempat rangkaian identik, maka pembahasan langkah kerja sensor cukup satu bagian saja.

Pada saat probe sensor mendeteksi keberadaan air di media tanam dan watertank, kondisi ini akan mengakibatkan probe sensor terhubung singkat secara listrik (memanfaatkan sifat menghantar air), sehingga pin 2 U4 akan mendapat tegangan +. Perubahan status tegangan ini akan dibaca oleh rangkaian komparator U4 sebagai bentuk trigger di pin 2 (kaki inverting) dan dibandingkan dengan tegangan Vref di pin 3 (kaki non inverting). Dengan menggunakan data tabel hasil pengujian free running LM741 dibawah, maka tegangan disaluran keluaran U4 dapat digunakan untuk mengendalikan transistor Q1 dan Q2.

p0.7

p0.3

p0.6 p0.5 p0.4

p0.2 p0.1 p0.0

p1.2

p1.1

p1.0

+V5V

TM162ABC A16K15

Vss1Vdd2V03RS4RW5E6 D0

7D18D29D310D411D512D613D714

Contras AdjR410k

+V5V

1413121110987

23

456

1

1

1413121110987

65

4

3

1

222

Gambar 7 Rangkaian Koneksi Display LCD

Sensor Water Tank

Sensor Kelembaban 3

Sensor Kelembaban 2

Sensor Kelembaban 1Sensor

C12104

Q8BC547C

S_water

probe

VR4100k

Q7BC547C

32 7

46

+

U7LM741/NS

R1610k

R1810k

R1710k

R15330k

C11104

Q6BC547C

Slembab3

probe

VR3100k

Q5BC547C

32 7

46

+

U6LM741/NS

R1210k

R1410k

R1310k

R11330k

Slembab1

probe

Q2BC547C

C9104

C10104

Q4BC547C

Slembab2

probe

p2.7

p2.6

p2.5

p2.4

p2.3

p2.2

p2.1

p2.0

+V5V

VR2100k

Q3BC547C

32 7

46

+

U5LM741/NS

VR1100k

Q1BC547C

32 7

46

+

U4LM741/NS

R410k

R810k

R1010k

R910k

R7330k

R610k

R510k

R3330k

61

7

1

8

191

10

3

10

12

9876543

3


B-72

Gambar 8 Rangkaian Sensor Kelembaban Dan Sensor Water Tank

Hal penting yang harus diperhatikan dalam rangkaian ini adalah variabel resistor R1 yang berfungsi sebagai pengatur kepekaan sensor dan nilai resistor R5 yang berfungsi sebagai resistor basis

Rangkaian driver relay menggunakan U3 ULN2003 sebagai komponen intinya. Komponen ini merupakan penggabungan 7 buah transistor dalam satu substrat dan dilengkapi dengan 2 buah dioda pengaman untuk setiap transistor internalnya (proteksi CE dan C ke Com/Vdd). Dengan demikian saluran keluaran IC ini dapat ditambati beban yang bersifat induktif maupun resistif secara langsung. Dalam perancangan alat, U3 digunakan untuk mengendalikan relay 1 sampai dengan relay 4 berdasar tegangan kontrol keluaran port P3.1, P3.2, P3.3 dan P3.4.

Driver

Control+V12V

Pompa1

Pompa2

Pompa3

AC220V

Pompa4

RLY1

RLY2

RLY3

RLY4

p3.7

p3.6

p3.5

p3.4

p3.3

p3.2

p3.1

p3.0

D3LED5

C4104

+V12V

R121k2003

1B12B23B34B45B56B67B7

Vss8COM97C106C115C124C133C142C151C16

U3

10

109

9

1

87654321

234567811

Gambar 9 Rangkaian Driver Relay

Pada saat port kontrol berstatus clear (logika low), tegangan VOL sebesar 0,45v dengan arus IOL sebesar 1,6mA disaluran tersebut tidak akan mencukupi untuk mengendalikan basis transistor internal U4. Kondisi ini akan menyebabkan transistor kehilangan tegangan acuan basis dan berada dalam kondisi cutoff. Dengan demikian tegangan tembus kumparan relay yang terdapat disaluran keluaran U4 akan tetap berada dalam level tinggi atau sesuai Vcc, sehingga relay terkontrol diposisi tersebut berada dalam keadaan mati (status saklar NC=Normaly Close). Berdasarkan proses ini, pompa tidak akan mendapatkan hubungan ke saluran tegangan 220VAC (pompa mati).

Pada saat port kontrol berstatus set (logika high), tegangan VOH sebesar 2,4V disaluran tersebut akan disalurkan ke basis transistor internal U4 melalui R12. Tegangan tersebut akan mengakibatkan transistor internal berada dalam keadaan saturasi, sehingga tegangan tembus relay yang terdapat disaluran keluaran U4 disalurakan sepenuhnya ke saluran Vss. Kondisi ini mengakibatkan relay terkontrol berada dalam keadaaan hidup (status saklar NO=Normaly Open). Berdasarkan proses ini, pompa akan mendapatkan hubungan ke saluran tegangan 220VAC (pompa hidup).

Catudaya, tegangan AC keluaran transformator T1 disearahkan menggunakan D1 dan D2 untuk menghasilkan tegangan DC disaluran keluaran penyearah. Untuk proses pemfilteran tegangan DC keluaran penyearah dilakukan dengan memasang kondensator C7. Tegangan DC yang sudag dihaluskan ini digunakan sebagai sumber catuan 12 Vdc dan sumber tegangan masukan regulator 7805. Adapun kondensator C6 yang terpasang disaluran keluaran U2, berfungsi sebagai filter tegangan DC 5V.


B-73

+V5V

F11A

PowerS1

220Vac

+V12V

+

C61000uF

+

C71000uF

T112,CT,12

D1

1N4002

D21N4002

IN1

COM2

OUT3

U278L05

Gambar 10 Rangkaiann Catudaya

Transformator yang digunakan dalam pembuatan catudaya alat merupakan transformator tanpa tap tengah dengan tegangan keluaran 12Vac. Nilai ini disebut sebagai VM yang merupakan tegangan pada lilitan sekunder, oleh sebab itu tegangan reverse pada dioda yang tidak konduksi (tidak menghantar) adalah 2VM.

Perangkat Lunak, penentuan program aplikasi dan flowchart sistem dapat ditentukan menggunakan prosedur inisialisasi kebutuhan sistem yang telah dibuat dan dicantumkan dalam tabel 1 di bab II, dengan tetap memperhatikan status aktif saluran mikrokontroller.

Gambar 11 Flowchart Sistem Automatic Watering Plant


B-74

KESIMPULAN Berdasar hasil pengujian dan analisis alat secara parsial maupun secara lengkap, dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut : a) Teknik hidroponik NFT terbukti dapat digabung dengan teknik Ebb and Flow sehingga dapat

ditanami anak semai mulai umur 2 minggu keatas meskipun harus dilengkapi dengan teknik aquaponik untuk penyempurnaan sirkulasi penyiramannya.

b) Teknik hidroponik NFT model baru yang merupakan modifikasi penuh, terbukti dapat diintegrasikan kedalam sistem penyiraman otomatis berbasis mikrokontroller AT89C51.

c) Metode pengaturan penyiraman otomatis yang diatur berdasar kebutuhan tanaman, terbukti lebih efektif dan hemat (listrik maupun pupuk) dibandingkan metode penyiraman lainya.

d) Berdasarkan desain rangkaian, alat dapat digunakan dalam sistem penyiraman otomatis non-hidroponik (lahan terbuka) maupun hidroponik (lahan tertutup) yang memerlukan penggunaan pompa air standart.

Saran

Untuk mencapai kesempurnaan desain sisten penyiraman otomatis, langkah pengembangan alat dapat dilakukan pada : a) Keakuratan sensor kelembaban media tanam dapat ditingkatkan dengan mengganti jenis sensor

yang telah digunakan dengan piranti khusus pengukur kelembaban (tensiometer). b) Untuk membentuk sistem hidroponik terpadu yang lebih lengkap, variable pemrograman sistem

penyiraman otomatis dapat ditambah dengan sensor suhu air di water tank, sensor peka cahaya dan sensor hujan di atap rumah kaca.

DAFTAR PUSTAKA Gouzali ,S, 2003, Sistem Telekomonikasi di Indonesia, Alfabeta, Bandung Hartono, I, 1992, Pengantar Ilmu Teknik Telekomunikasi, PT Gramedia, Jakarta Ibrahim .K.F, 1996, Teknik Digital, Penerbit Andi, Yogyakarta Leach, M, 1981, Prinsip-Prinsip dan Penerapan Digital, Penerbit Erlangga, Jakarta Shoji, S, Suhana, 1991, Buku Pagangan Teknik Telekomonikasi, PT. Pradnya Paramita, Jakarta Paulus.A.N, 2003, Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikrokontroler AT89C51, PT Elex Media

Komputindo, Jakarta Timoteus, C, 1998, sistem Telekomunikasi, Penerbit Erlangga, Jakarta Tiur L.H. Simanjuntak, 2002, Dasar-dasar Telekomunikasi, PT Alumni, Bandung. Www.alds.stts.edu/digital/DTMF_monitor. htm

ir irawadi buyung 14402

Documents