SISTEM KENDALI SUHU DAN KELEMBABAN UDARA OTOMATIS UNTUK TANAMAN ANGGREK PADA GREEN HOUSE

SISTEM KENDALI SUHU DAN KELEMBABAN UDARA OTOMATIS UNTUK TANAMAN ANGGREK PADA GREEN HOUSE


Abstrak:

Anggrek tumbuh di daerah yang suhunya rendah dengan kelembaban yang cukup tinggi, Hal ini sering menjadi kendala bagi penggemar anggrek untuk membudidayakan anggrek karena harus berhati-hati terhadap perubahan cuaca. Upaya yang dilakukan adalah menyediakan tempat yang khusus untuk menanamnya. Prinsip kerja: Sensor SHT 11 berfungsi untuk mendeteksi tingkat suhu dan kelembaban pada ruangan miniatur green house kemudian dikonversikan menjadi sinyal digital oleh rangkaian ADC. Kemudian sinyal tersebut diproses dan dikontrol oleh Mikrokontroler AT89S51. Mikrokontroler berfungsi untuk mengontrol heater, kipas satu, kipas dua, kipas tiga dan media  pengairan dengan menggunakan driver solid state untuk mengaktifkan kelima perangkat tersebut Sehingga dapat menentukan tingkat suhu dan kelembaban udara yang diinginkan pada green house. Display (LCD) berfungsi untuk menampilkan tingkat suhu dan kelembaban yang terukur. Hasil dari pengujian yaitu: rata-rata error pada pengujian pertama dengan posisi sensor di tengah ruangan,untuk suhu 1,96 % dan untuk kelembaban 3,54 %. pada pengujian kedua dengan posisi sensor mendekati heater, untuk suhu 1,55 % dan untuk kelembabannya 2,77 %. Pada pengujian ketiga dengan posisi sensor menjauhi heater, untuk suhu 0,79 %, dan untuk kelembabannya 1,10%.
                 
Kata Kunci: Sensor, Mikrokontroler, Otomatis, Green House, LCD, Suhu dan Kelembaban.

Abstract:

            Orchids growing in low temperature area with high humidity, this is often an obstacle for the fans to cultivate orchids orchids because they have to be careful of the weather changes. The efforts are providing a special place to grow. Principle of work: Sht Sensor 11 functioning to detect the temperature and humidity levels in the room a miniature green house and then converted into digital signals by the ADC circuit. Then the signals are processed and controlled by the Microcontroller AT89S51. Microcontroller serves to control the heater, one fan, two fans, fans and the media three irrigation by using solid state drivers to activate the device so that all five can determine the level of temperature and humidity desired in green house. Display (LCD) function to display the temperature and humidity levels are measured. Results of testing are: the average error in the first test with the sensor's position in the middle of the room, for the temperature to 1.96% and 3.54% moisture. on the second test with the sensor positions near heater, for the temperature to 1.55% and 2.77% moisture. In the third test with the sensor position away from the heater, 0.79% for temperature and humidity to 1.10%.

Keywords: Sensors, Microcontroller, Automatic, Green House, LCD, temperature and humidity.

PENDAHULUAN

Green house (rumah kaca) didefinisikan sebagai sebuah rumah atau bangunan yang tembus sinar matahari yang dimanfaatkan untuk menanam tanaman agar tanaman tersebut tumbuh secara optimal dan sesuai dengan harapan. Begitu juga dengan perawatan, termasuk kondisi ruangan di dalam green house  yang meliputi faktor sinar matahari yang cukup, suhu dan kelembaban yang dibutuhkan.
Green house yang baik, terutama dalam konstruksinya, bertujuan untuk membuat kondisi cuaca yang diperlukan dan dikendalikan sedapat mungkin sehingga tanaman dapat tumbuh sepanjang tahun secara optimal. Untuk tujuan tersebut, green house sebaiknya mempunyai transmisi cahaya yang tinggi, konsumsi panas yang rendah, ventilasi yang cukup dan efisien, struktur yang kuat, konstruksi, dan biaya operasional yang murah serta berkualitas tinggi (M. Affan Fajar Falah, 2008).
Dalam kondisi suhu dan kelembaban RH (Relative Humidity) yang sangat tinggi, pertumbuhan tanaman akan terhambat atau bahkan terhenti, serta tanpa menghiraukan persediaan air, dan kemungkinan terjadi keguguran daun atau berbuah sebelum waktunya. Bencana terhadap tanaman biasanya berasal dari keadaan kering dan sangat panas. Angin yang diperkirakan dapat menyebabkan pendinginan evaporatif hanya mempercepat penguapan dan mengakibatkan dehidrasi (pengeringan) jaringan tanaman. Begitu juga dengan bunga dan daun dapat menangkap insolasi pada lapisan atas sehingga kelembaban maksimumnya terletak di sekitar puncak tanaman, kecuali jika tanaman masih rendah dan masih terpencar. Oleh karena itu, pemanasan di sela-sela tanaman dari tanah akan menentukan distribusi suhu vertikal (Ketut Wirawan, 2008).
Dalam pembuatan alat Sistem Kendali Suhu dan Kelembaban Udara Otomatis untuk Tanaman Anggrek pada Green House ini, ada beberapa tujuan yang mendasari perancangan alat tersebut, antara lain (1) Mengukur suhu dan kelembaban udara pada miniatur green house, (2) Mengatur suhu dan kelembaban udara pada green house untuk tanaman Anggrek, (3)Mengendalikan suhu dan kelembaban udara otomatis pada miniatur Green house dengan menggunakan produk  dari Sensirion, yaitu sensor SHT11 dan komponen serta rangkaian pendukung lainnya.
         Suhu dan kelembaban udara merupakan faktor lingkungan yang penting, karena berpengaruh pada pertumbuhan tanaman dan berperan hampir pada semua proses pertumbuhan. Oleh karena itu, pengendalian suhu dan kelembaban udara, dengan menggunakan sensor suhu dan kelembaban dan rangkaian pendukung lainnya, merupakan alternatif yang mampu menanggulangi permasalahan-permasalahan tersebut. Terutama tanaman pada rumah kaca yang juga sangat memerlukan pengendalian suhu dan kelembaban udara secara otomatis, karena di lingkungan bebas cuaca maupun faktor lainnya dapat berubah sewaktu-waktu. Untuk itu, pengendalian secara otomatis sangat penting agar hasil dari tanaman tersebut sesuai dengan harapan.

METODOLOGI PERANCANGAN

Dalam perancangan alat Sistem Kendali Suhu dan Kelembaban Udara Otomatis untuk Tanaman Anggrek pada Green House ini, diperlukan beberapa perangkat yang diantaranya ialah perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras meliputi perancangan rangkaian power supply, rangkaian driver solid state, rangkaian minimum sistem mikrokontroler AT89S51, dan rangkaian LCD. Sedangkan perancangan, untuk perangkat lunak meliputi pemrograman bahasa assembler. Pada alat ini juga, terdapat perancangan untuk mekanis, yang meliputi perancangan mekanik serta perancangan tata letak perangkat elektronika seperti heater, fan dan media pengairan.
Cara Kerja Alat
         Sensor SHT 11 berfungsi untuk mendeteksi tingkat kelembaban  pada ruangan miniatur green house, yang kemudian tingkat suhu dan kelembaban yang telah terdeteksi dan dikonversikan menjadi sinyal digital oleh rangkaian ADC yang telah menjadi satu modul dengan sensor tersebut, kemudian sinyal tersebut diproses dan dikontrol oleh MikrokontrolerAT89S51. Mikrokontroller tersebut berfungsi untuk mengontrol heater, kipas satu, kipas dua, kipas tiga dan media  pengairan, dengan menggunakan driver solid state untuk mengaktifkan kelima  perangkat tersebut. Sehingga dapat menentukan tingkat suhu dan kelembaban udara yang diinginkan pada green house. Jika tingkat suhu udara pada miniatur green house menurun/ kurang dari yang diharapkan, maka kipas tiga dan heater akan aktif bersamaan sampai tingkat suhu yang diharapkan. Sedangakan jika tingkat suhu udara meningkat atau melebihi dari yang diharapkan, maka media pengairan, akan aktif atau bekerja sampai dengan suhu udara yang diharapkan, serta kipas satu dan dua juga akan aktif secara bersamaan dengan media pengairan tersebut sebagai sirkulasi di dalam ruangan miniatur green house. Display (LCD) pada alat tersebut berfungsi untuk menampilkan tingkat suhu dan kelembaban yang terukur dan dapat  memudahkan pengguna dalam pengecekan tingkat suhu dan kelembaban udara pada miniatur green house. (http://www.datasheetcatalog.com)

Blok Diagram Alat

Gambar 1. Blok Diagram Keseluruhan Alat



Perancangan Rangkaian Power Supply
         Rangkaian power supply  pada Gambar 2 berfungsi untuk mensuplai tegangan ke masing-masing blok, atau rangkaian yang lainnya. Dalam perancangan power supply ini, diperlukan tegangan +5 Volt DC dan tegangan +12 Volt DC.( Sugiarto, Agus. 2002)

 

Gambar 2. Rangkaian Power Supply dan Rangkaian SHT11

Perancangan Sensor Suhu dan Kelembaban
         Suhu dan kelembaban yang diinginkan ruangan pada miniatur green house untuk tanaman anggrek dengan suhu berkisar antara 28-30°C dan kelembaban berkisar antara 60-75% RH. Oleh karena itu, variabel yang dideteksi oleh sensor harus memiliki nilai yang beroperasi seperti range yang diinginkan.
         Sensor yang digunakan adalah sensor suhu dan kelembaban (SHT11) produk  dari Sensirion.



Gambar 3. Rangkaian SHT11 dan Specification Interface


Perancangan Rangkaian Mikrokontroler AT89S51
         Rangkaian minimum sistem ini menggunakan Mikrokontroler AT89S51 yang mempunyai empat port antara lain (1) P0.0 – P0.7 digunakan untuk mengontrol LCD, (2) P1.1 – P1.2 digunakan sebagai masukan dari sensor SHT11, (3) P1.5 digunakan untuk memberi perintah start / stop, (4) P2.6 digunakan untuk Enable pada LCD, (5) P2.7 digunakan untuk RS pada  LCD, (6) P3.1 – P3.5 digunakan untuk mengontrol masing-masing driver solid state, (7) Kaki ke-9 pada mikrokonroler dihubungkan dengan rangkaian reset untuk mereset program, (8) kaki 18 dan 19 pada mikrokontroler dihubungkan ke rangkaian clock, (9) kaki 40 dihubungkan ke Vcc + 5 Volt DC pada power supply, (10) kaki 20 dihubungkan ke ground pada power supply.
(Bishop, Owen: 2004)
Perancanagan Driver Solid State
         Gambar 4 merupakan rangkaian driver solid state. Rangkaian driver ini, digunakan untuk menjalankan kipas, heater, dan power pump. Rangkaian driver solid state ini, akan aktif bila diberikan tegangan sebesar 5 Volt DC.

Gambar 4. Rangkaian Driver Solid State dan Rangkaian LCD
(sumber://www.fairchildsemi.com 2006)

Perancangan LCD
         Berikut adalah perancangan LCD M1632 (1) Pin 1 dihubungkan ke Ground, (2) Pin 2 dihubungkan ke Vcc +5V, (3) Pin 3 dihubungkan ke bagian tengah potensiometer 10KOhm sebagai pengatur kontras, (4) Pin 4 untuk memberitahu LCD bahwa sinyal yang dikirim adalah data, jika Pin 4 ini diset ke logika 1 (high, +5V), atau memberitahu bahwa sinyal yang dikirim adalah perintah jika pin ini di set ke logika 0 (low, 0V), (5) Pin 5 digunakan untuk mengatur fungsi LCD. Jika di set ke logika 1 (high, +5V) maka LCD berfungsi untuk menerima data (membaca data). Dan berfungsi untuk mengeluarkan data, jika pin ini di set ke logika 0 (low, 0V). Namun kebanyakan aplikasi hanya digunakan untuk menerima data, sehingga pin 5 ini selalu dihubungkan ke Gnd, (6) Pin 6 adalah terminal enable. Berlogika 1 setiap kali pengiriman atau pembacaan data, (7) Pin 7 – Pin 14 adalah data 8 bit (aplikasi ini menggunakan 4 bit MSB saja, sehingga pin data yang digunakan hanya pin 11 – Pin 14), (8) Pin 15 dan Pin 16 adalah tegangan untuk menyalakan lampu LCD.
 (http://www.innovativeelectronics.com)


Perancangan Perangkat Lunak
Perancagan perangkat lunak dimulai dengan membuat flowchart agar apa yang direncanakan sesuai dengan program untuk menjalankan perintah, baik untuk membaca, menulis, maupun untuk membandingkan data yang dimasukkan ke dalam program. (http://www.elektronika.com 1997)
            Gambar 5 menjelaskan mengenai proses kerja sistem kendali suhu dan kelembaban udara otomatis pada green house untuk tanaman anggrek. Dimulai dari menjalankan program dengan melakukan inisialisasi LCD (Display On, Blank Screen, Cursor Off, Blink, dan Shift Right). Proses selanjutnya dilakukan reset status oleh mikrokontroler, serta pembacaan set data batas yaitu 29oC. Setelah melakukan pembacaan data batas, program akan melakukan penulisan nama dan NIM pembuat pada LCD diikuti delay. Melakukan penulisan Jurusan dan Universitas diikukti delay. Kemudian dilakukan penulisan suhu dan humi pada LCD. Apabila tombol start ditekan, maka heater dan kipas 3 akan aktif. Proses selanjutnya adalah melakukan pembacaan suhu dan kelembaban oleh sensor SHT11. Program melakukan pengecekan range batas suhu yaitu 28o-30oC dengan data suhu diikuti delay dan begitu seterusnya sampai power supply dimatikan. (http://www.atmel.com)



Gambar 5. Flowchart Kerja Keseluruhan Alat

           

Gambar 6. Flowchart Pembacaan Suhu dan Kelembaban

Gambar 6 di atas menjelaskan mengenai program pembacaan suhu dan kelembaban pada sistem kendali suhu dan kelembaban udara otomatis pada green house untuk tanaman anggrek menggunakan sensor SHT11. Sensor SHT11 akan melakukan proses pembacaan suhu dan kelembaban dengan menggunakan software. Program utama pembacaan sensor SHT11 dengan menggunakan bahasa assembly akan diproses.Proses pertama kali dilakukan adalah menentukan definisi pin I/O (Data dan Clock) untuk komunikasi serial 2-ware, dan deklarasi variabel temperatur dan kelembaban sebagai tempat untuk menampung data pengukuran. Kemudian program akan mengirimkan data pengukuran ke SHT11 untuk melakukan pengukuran suhu, dengan alamat suhu = 00000011 dan kelembaban dengan alamat 00000101  (Sensirion, 2007:3). Setelah itu, program menunggu sampai proses pengukuran selesai yaitu saat pin Data berlogika 0. kemudian membaca data pengukuran dan mengolahnya dengan rumus pengukuran suhu (Temp = d1 + d2 x SOT) dan kelembaban dengan rumus (RH = C1 + C2 x SORH + (C3 x SORH2 ) (Sensirion, 2007:5) lalu disimpan ke dalam variabel suhu dan kelembaban. Kemudian kembali (return) ke flowchart program utama.

HASIL DAN ANALISA

Hasil dan Analisis Pengujian Sensor SHT11
            Dari pengujian sensor sistem, didapat hasil yang telah diamati pada saat pengujan tersebut, antara lain:
Tabel 1. Pengujian Sensor di Tengah Ruangan Miniatur Green House dan di Dekat Heater pada Ruangan Miniatur Green House
Tengah Ruangan Miniatur
Ruangan Miniatur
No.
Suhu ( °c )
Kelembaban ( % RH )
No.
Suhu ( °c )
Kelembaban ( % RH )
D
A
% E
D
A
% E
D
A
% E
D
A
% E
1
28
27
3.70
62
61
1.64
1
27
28
3.57
62
62
0
2
28
28
0
63
61
3.28
2
29
28
3.57
64
64
0
3
29
28
3.57
63
62
1.61
3
30
29
3.48
60
63
4.76
4
30
28
7.14
59
62
4.84
4
29
28
3.57
62
63
1.59
5
29
28
3.57
60
62
3.23
5
29
28
3.57
63
64
1.56
6
29
28
3.57
61
62
1.61
6
29
29
0
64
64
0
7
29
28
3.57
62
62
0
7
29
29
0
62
63
4.76
8
28
28
0
64
62
3.23
8
28
29
3.45
63
64
1.56
9
29
28
3.57
65
62
4.84
9
29
29
0
62
63
4.76
10
29
29
0
64
62
3.23
10
28
28
0
61
63
3.17
11
28
28
0
66
62
6.45
11
29
29
0
61
63
3.17
12
29
28
3.57
65
62
4.84
12
29
29
0
62
63
4.76
13
29
29
0
64
62
3.23
13
28
28
0
61
63
3.17
14
29
29
0
65
62
4.84
14
29
28
3.57
62
63
4.76
15
28
29
3.44
65
62
4.84
15
28
28
0
61
63
3.17
16
29
29
0
66
63
4.76
16
29
29
0
61
63
3.17
17
29
29
0
65
63
3.17
Jml E = 24.78
Jml E = 44.36
18
28
28
0
65
63
3.17
Ratra2 E = 1.55
Ratra2 E = 2.77
19
29
28
3.57
65
63
3.17

20
28
28
0
66
63
4.76

Jml E =  39.27
Jml E = 70.74

Ratra2 E = 1.96
Ratra2 E = 3.54


Tabel 3. Pengujian Sensor Menjauhi Heater pada Ruangan Miniatur Green House
No.
Suhu ( °c )
Kelembaban ( % RH )
No.
Suhu ( °c )
Kelembaban ( % RH )
D
A
% E
D
A
% E
D
A
% E
D
A
% E
1
28
28
0
63
63
0
17
28
28
0
61
61
0
2
28
28
0
62
63
1.59
18
29
29
0
60
61
1.64
3
28
28
0
63
63
0
19
28
28
0
61
61
0
4
28
28
0
64
63
1.59
20
29
28
3.57
61
61
0
5
29
29
0
62
62
0
21
29
29
0
60
61
1.64
6
29
29
0
60
62
3.23
22
28
29
3.44
61
61
0
7
29
29
0
59
61
3.28
23
29
29
0
62
61
1.64
8
29
29
0
58
61
4.92
24
29
29
0
61
61
0
9
29
29
0
59
61
3.28
25
29
28
3.57
61
61
0
10
29
29
0
60
61
1.64
26
28
28
0
62
61
1.64
11
28
29
3.44
61
61
0
27
28
28
0
63
62
1.61
12
28
28
0
62
61
1.64
28
29
28
3.57
62
62
0
13
29
29
3.57
62
61
1.64
29
29
29
0
62
62
0
14
29
29
0
61
61
0
30
28
28
0
63
62
1.61
15
28
29
3.44
60
61
1.64
31
28
28
0
62
62
0
16
29
29
0
61
61
0

Jml E= 24.6
Jml E= 34.23

Ratra2 = 0.79
Ratra2 = 1.10

Error= suhu sensor analog – suhu sensor digital  x 100%
      suhu sensor analog

kelembaban sensor analog – kelembaban sensor digital  x 100%
kelembaban sensor analog


            Dari ketiga hasil pegujian sensor SHT11 pada ruangan miniatur green house yang di bandingkan dengan alat ukur suhu dan kelembaban analog di atas, dapat tarik kesimpulan bahwa hasil pengukuran suhu dan kelembaban yang dideteksi oleh kedua alat ukur, tidak linier atau teratur, hal tersebut dikarenakan adanya banyak variabel yang mempengaruhi kondisi di dalam ruangan miniatur green house tersebut, seperti halnya peningkatan suhu maupun kelembaban yang dihasilkan oleh media pemanasan dan media pengairan. Eror juga terjadi karena tingkat kepekaan untuk mendeteksi suhu atau kelembaban yang dideteksi oleh kedua alat ukur tersebut berbeda, karena tingkat kepekaan sensor digital (SHT11) lebih tinggi dan lebih cepat dibandingkan dengan alat ukur analog.

KESIMPULAN

            Dari hasil perancangan, pembuatan, pengujian dan analisis Sistem Kendali Suhu dan Kelembaban Udara Otomatis untuk Tanaman Anggrek pada Green House tersebut, maka dapat disimpulkan, antara lain (1) Dalam mengukur suhu dan kelembaban udara pada miniatur green house diperlukan sensor yang responnya cepat dan peka terhadap perubahan suhu maupun kelembaban sekitar, oleh karena itu pada pembuatan alat ini menggunakan sensor suhu dan kelembaban, yaitu sensor modul SHT11, karena bila dibandingkan dengan alat ukur suhu dan kelembaban yang analog, hasil pengukuran dengan menggunakan sensor modul lebih peka terhadap perubahan suhu dan kelembaban pada ruangan miniatur green house. (2)Untuk mengatur suhu dan kelembaban udara pada green house untuk tanaman Anggrek, diperlukan beberapa media untuk meningkatkan suhu dan kelembaban  udara tersebut, yaitu dengan menggunakan media pemanasan (heater), media sirkulasi udara (kipas), dan dengan menggunakan media pengairan (power pump).(3)Untuk mengendalikan suhu dan kelembaban udara secara otomatis pada miniatur green house, diperlukan suatu rancangan yang dapat bekerja secara otomatis, diantaranya dengan menggunakan sensor modul SHT11 untuk mendeteksi suhu dan kelembaban udara di dalam ruangan, dan kemudian suhu serta kelembaban yang terukur tersebut, diproses dan di kontrol oleh mikrokontroler AT89S51, yang selanjutnya mikrokontroler tersebut mengendalikan media pemanas, sirkulasi udara, dan pengairan secara otomatis untuk meningkatkan atau menurunkan suhu dan kelembaban pada ruangan, dengan menuliskan program-program aplikasi pada mikrokontroler, dan dengan program batas suhu yang sesaui dengan range suhu pada tanaman Anggrek, agar suhu dan kelembaban dapat dikendalikan secara otomatis.

SARAN

            Di harapkan alat ini dapat lebih dikembangkan, baik dari segi fungsi maupun aplikasi serta implementasi lainnya, seperti (1)Fungsi dari alat, di harapkan bisa diperluas lagi, agar tidak hanya bisa mengukur dan mengendalikan suhu dan kelembaban saja, tetapi bisa untuk variabel lainnya.(2)Diharapkan aplikasi dari alat ini bukan hanya dikontrol dari mikrokontroler, akan tetapi bisa dengan menggunakan PC, atau media lainnya. (3)Diharapkan implementasi dari alat ini, bisa diperluas agar jenis tanaman yang lain juga bisa menjadi obyek yang bisa diimplementasikan pada alat ini, atau bahkan termasuk juga pada binatang.

DAFTAR PUSTAKA

Bishop, Owen. 2004. Dasar-dasar Elektronika. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Sugiarto, Agus. 2002. Penerapan Dasar Transducer dan Sensor. Yogyakarta: Penerbit Kanisius.
Sensirion. 2006. SHT1x SHT7x Humidity & Temperature Sensor, (Oline), (http://www.sesnsirion.com/datasheet/pdf/reps, Diakses 10 Februari 2009).
Universitas Negeri Malang. 2000. Pedoman Penulisan Karya Tulis Ilmiah.
Malang: Departemen Pendidikan Nasional Universitas Negeri Malang.
http://www.atmel.com 2006 (Online). Diakses 14 Juni 2009.
http://www.datasheetcatalog.com (Online). Diakses 19 Maret 2009.
http://www.elektronika.com 1997 (Online). Diakses 19 Maret 2009.
http://www.parallax.com 2007 (Online). Diakses 10 Februari 2009.