Page 1 of 14
Jurnal ABDI Volume 4 No. 2 Januari 2023 | UKM KPI Unhas
55
SMART HYDROPONIC MENGGUNAKAN SISTEM KENDALI FUZZY
LOGIC UNTUK MENINGKATKAN PRODUKSI SAYURAN DI INDONESIA
Fernando1)
, Fadila2)
, Nur Indah Sari S3)
.
1Teknik Pertanian
Universitas Hasanuddin
E-Mail : fernandonandoooo84@gmail.com
2Teknik Pertanian
Universitas Hasanuddin
E-Mail : fadhilahrety@gmail.com
3Teknik Pertanian
Universitas Hasanuddin
E-Mail : Nurindah8522@gmail.com
Abstract
The transfer of agricultural land functions resulted in reduced vegetable production areas, as
evidenced by data from the Central Statistics Agency which states that the area of agricultural
land in Indonesia was 8,164,045 Ha in 2017 decreased to 7,105,145 Ha in 2018. Therefore,
agricultural innovations with the system were developed. hydroponic the weakness of the
hydroponic system is controlling nutrients, light intensity, and pH are not controlled properly
this is very influential in the process of growing vegetables cultivated by farmers, therefore
Smart Hydroponic is the right technology to be implemented in a hydroponic system because
this tool is automatic and can control several types of crops (lettuce, pakcoy and chicory). The
Fuzzy Logic control system implemented in Smart Hydroponic is accurate in controlling the
nutritional needs, light intensity and pH of plants (lettuce, pakcoy and chicory) during their
growth period. The accuracy of this control system can be seen through the control rules that
are created and simulated through matlab software with input errors and delta errors. error
is the difference between the setting point with nutrients, light intensity and pH while the delta
error is the difference between nutrients, light intensity and current pH with nutrients, light
intensity and previous pH, then these two inputs are given a knowledge base to adjust the
output, namely Pulse-width modulation with value range 0-225. PMW regulation means that
the provision of light intensity, nutrient solution and controlled pH solution is not overshoot or
in accordance with plants. In addition, Smart Hydroponic is also equipped with the Internet
of Things so that monitoring of the hydroponic system can be done in real time via a
smartphone.
Keywords: Fuzzy, Hydroponic, Internet.
Abstrak
Pengalihan fungsi lahan pertanian mengakibatkan lahan tempat produksi sayuran menjadi
berkurang terbukti dari data. Badan pusat statistik menyebutkan bahwa luas lahan pertanian di
Indonesia sebesar 8.164.045 Ha pada tahun 2017 menurun menjadi 7.105.145 Ha pada tahun
2018. Maka dari itu dikembangkan inovasi pertanian dengan sistem hydroponic kelemahan
dari sistem hydroponic adalah pengontrolan nutrisi, intensitas cahaya, dan pH tidak terkontrol
Page 2 of 14
Jurnal ABDI Volume 4 No. 2 Januari 2023 | UKM KPI Unhas
56
dengan baik hal ini sangat berpengaruh dalam proses pertumbuhan sayuran yang
dibudidayakan oleh petani oleh sebab itu Smart Hydroponic merupakan teknologi yang tepat
untuk diimplementasikan pada sistem hydroponic karena alat ini bersifat otomatis dan dapat
mengontrol beberapa jenis tanaman (selada, pakcoy dan sawi putih). sistem kendali Fuzzy
Logic yang diimplementasikan pada Smart Hydroponic akurat dalam mengontrol kebutuhan
nutrisi, intensitas cahaya dan pH pada tanaman (selada, pakcoy dan sawi putih) selama masa
pertumbuhannya. Keakuratan sistem kendali ini dapat dilihat melalui kaidah-kaidah
pengontrolan yang dibuat dan disimulasikan melalui software matlab dengan input error dan
delta error. Error merupakan selisih antara setting point dengan nutrisi, intensitas cahaya dan
pH sedangkan delta error adalah selisih nutrisi, intensitas cahaya dan pH sekarang dengan
nutrisi, intensitas cahaya dan pH sebelumnya yang kemudian dua input ini diberikan basis
pengetahuan untuk mengatur output yaitu Pulse-width modulation dengan rentang nilai 0-225.
Pengaturan PMW bermaksud agar pemberian intensitas cahaya, larutannutrisi dan larutan pH
yang dikontrol tidak overshoot atau sesuai dengan tanaman. Selain itu Smart Hydroponic juga
dilengkapi dengan Internet of Things dengan demikian monitoring sistem hydroponic dapat
dilakukan secara realtime melalui smartphone.
Kata Kunci: Fuzzy, Hydroponic , Internet.
PENDAHULUAN
Tanaman hortikultura menjadi
salah satu bahan pangan yang menjadi
kebutuhan penduduk dikarenakan menjadi
penyedia gizi berupa serat, vitamin, protein
dan lain-lain yang dibutuhkan oleh tubuh
manusia. Tanaman hortikultura memiliki
prospek pengembangan yang baik karena
memiliki nilai ekonomis yang tinggi dan
potensi pasar yang terbuka lebar.
Budidaya tanaman hortikultura
sulit dikembangkan akibat pengalih
fungsian lahan pertanian. Hal ini sesuai
dengan Badan Pusat Statistik (BPS) tahun
2018 yang mencatat bahwa lahan pertanian
bukan sawah memiliki luas 27.724.917 Ha
dan lahan sawah sebesar 7.105.145 Ha.
Jika dibandingkan dengan data tahun 2017
luas lahan bukan sawah sebesar 29.121.269
Ha dan lahan sawah 8.164.045 Ha.
Sehingga sistem hydroponic yang paling
tepat untuk model pertanian, sebagai salah
satu solusi yang tepat untuk mengatasi
masalah pangan. Sistem hydroponic
menggantikan fungsi tanah sebagai
pendukung akar tanaman dengan
mengalirkan nutrisi, air dan oksigen ke
dalam media tanam. Hampir semua jenis
tanaman bisa ditanam dengan sistem
hydroponic , salah satunya tanaman dengan
jenis hortikultura. Beberapa contoh
tanaman hortikultura yang dapat ditanam
dengan sistem hydroponic adalah tanaman
sayur seperti sawi putih, pakcoy dan
selada.
Page 3 of 14
Jurnal ABDI Volume 4 No. 2 Januari 2023 | UKM KPI Unhas
57
Tanaman hortikultura memiliki
nilai nutrisi, pH dan intensitas cahaya yang
berbeda-beda. Tanaman sawi putih pada
pertumbuhannya membutuhkan nutrisi
yang sebesar 1000 ppm, dengan pH yang
baik yaitu 6,0-7,0 dan memerlukan
intensitas cahaya sebesar 2151,78 lux –
4305,56 lux , apabila ketiga parameter
tersebut tidak terpenuhi, maka
pertumbuhan tanaman sawi putih tidak
maksimal bahkan bisa menyebabkan
tanaman layu dan mati (Manik et al., 2019).
Pada tanaman pakcoy, nutrisi yang
dibutuhkan sebesar 1000 ppm, dengan pH
senilai 6,0-7,0 dan memerlukan intensitas
cahaya sebesar ± 3.290 lux , apabila ketiga
parameter tersebut tidak terpenuhi maka
akan menghambat pertumbuhan tanaman
pakcoy, sehingga tanaman menjadi lebih
kerdil bahkan tanaman mati (Sarido &
Junia, 2017). Adapun pada tanaman selada
nutrisi yang dibutuhkan sebesar 560-840
ppm, sedangkan pH yang baik yaitu 6,0-7,0
dan memerlukan intensitas 2 cahaya
sebesar 2151,78 – 4305,56 lux , apabila
ketiga parameter tersebut tidak terpenuhi
maka pertumbuhan tanaman selada
menjadi tidak optimal bahkan layu dan
mati (Khair & Ferdian, 2020).
Teknik budidaya tanaman
hortikultura terus dikembangkan karena
adanya permintaan pasar yang terus
meningkat. Namun, seringkali penanaman
tanamn hortikultura tidak memperhatikan
kualitas tanaman yang dihasilkan sehingga
hasil dan kualitas sayurannya sangat
rendah. Beberapa faktor yang
mempengaruhi produktivitas tanaman
yaitu diantaranya faktor lingkungan dan
kandungan nutrisi yang diberikan. Hal
tersebut sangat penting dilakukan
dikarenakan juga menjadi parameter
keberhasilan dari proses pertumbuhan
tanaman. Apabila ketiga faktor tersebut
tidak terpenuhi maka pertumbuhan
tanaman menjadi tidak optimal bahkan
layu dan mati.
Berdasarkan uraian masalah diatas maka
Integrasi Smart Hydroponic dengan sistem
kendali Fuzzy Logic merupakan teknologi
yang tepat untuk mengatasi masalah pada
tanaman sawi putih, pakcoy dan selada,
dikarenakan sistem kendali ini bersifat
otomatis dan merupakan sistem kendali
yang akurat sebab menggunakan kaidah
atau logika kesamaran dengan demikian
besar nutrisi (ppm), intensitas cahaya (lux)
dan pH yang di berikan ke tanaman akan
sesuai dengan kebutuhannya. Penggunaan
teknologi ini ditunjang dengan adanya
sistem internet of things sehingga kegiatan
monitoring data (nutrisi, pH dan intensitas
cahaya) dapat di tampilkan melalui
smartphone.
Page 4 of 14
Jurnal ABDI Volume 4 No. 2 Januari 2023 | UKM KPI Unhas
58
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada
bulan September-Oktober 2022 sampai
selesai, bertempat di Laboratorium Teknik
Tanah dan Air, Program Studi Teknik
Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas
Hasanuddin.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan yaitu arduino
uno R3, ESP8266, Sensor LDR, Sensor
TDS, Sensor pH, motor DC, SSR, Relay,
LED Grow, aplikasi Blynk, sistem
hydroponic dan smartpHone.
Bahan yang digunakan pada
penelitian ini yaitu bibit sawit putih,
pakcoy dan selada, larutan AB Mix,
Larutan pH up dan pH down.
Metode Pelaksana
Metode pelaksanaan dapat dilihat pada
gambar 1.
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian.
Studi Literatur
Studi Literatur dilakukan untuk
mempelajari bagaimana penanaman
dengan menggunakan sistem hydroponic
untuk tanaman sawi putih, pakcoy dan
selada 8 mengetahui nutrisi, pH dan
intensitas cahaya yang tepat untuk
pertumbuhan tanaman sawi putih, pakcoy
dan selada.
Perancangan Sistem Kontrol
Pada tahapan ini dilakukan proses
perancangan sistem kontrol dan monitoring
yang akan diaplikasikan ke sistem
hydroponic untuk tanaman sawi putih,
pakcoy dan selada. Sistem kontrol dan
monitoring yang dirancang menggunakan
beberapa komponen utama berupa arduino
uno R3, ESP8266, Sensor LDR, Sensor
TDS, Sensor pH, motor DC, SSR, Relay,
Page 5 of 14
Jurnal ABDI Volume 4 No. 2 Januari 2023 | UKM KPI Unhas
59
LED Grow, aplikasi Blynk dan
smartpHone.
Gambar 2. Bagan Kontrol Penelitian.
1. Mikrokontroler yang digunakan
dalam sistem ini adalah Arduino Uno
R3 dimana arduino digunakan untuk
menjalankan kaidah-kaidah kontrol
yang telah ditetapkan, artinya arduino
uno digunakan sebagai pusat
pengendali.
2. Sensor yang digunakan pada
penelitian ini adalah sensor LDR,
TDS dan pH dimana sensor LDR
digunakan untuk mengukur intensitas
cahaya yang diterima sawi putih,
pakcoy dan selada, sensor TDS
digunakan untuk mengukur tingkat
nutrisi yang ada pada selada dan
sensor pH digunakan untuk mengukur
tingkat asam dan basa yang ada pada
tanaman.
3. NodeMCU ESP8266 digunakan untuk
menghubungkan mikrokontroler
Arduino Uno R3 dengan internet dan
juga digunakan untuk mengirim data
yang diperoleh ke aplikasi Blynk pada
smartphone.
4. Aplikasi Blynk digunakan untuk
mengontrol perangkat keras,
monitoring data sensor dan
memvisualisasi penyimpanan data ada
smartphone.
5. Aktuator yang digunakan pada
penelitian ini yaitu Selenoid State
Relay.
6. Motor DC digunakan sebagai
penyemprot nutrisi dan pH pada
tanaman.
7. LED Grow digunakan sebagai
pencahayaan pada tanaman.
Perakitan Alat dan Sistem Monitoring
IOT
Semua komponen yang sudah
dirancang, dirakit sesuai dengan fungsi dan
data sheetnya masing-masing, kemudian
dihubungkan ke sistem hydroponic yang
akan dikontrol dan dimonitoring
Pembuatan Bahasa Program
1) Sistem Kontrol
Page 6 of 14
Jurnal ABDI Volume 4 No. 2 Januari 2023 | UKM KPI Unhas
60
Gambar 3. Diagram Sistem Kontrol.
a. Pendefinisian input atau output, input
yang digunakan ada dua yaitu Error
(e) dan Delta Error (de). Error
merupakan selisih antara setting point
(SP) dengan lux , nutrisi dan pH.
Sedangkan Delta Error adalah selisih
(lux , nutrisi, dan pH) sekarang
dengan (lux , nutrisi, dan pH)
sebelumnya. Output yang digunakan
adalah PWM (Pulse Width
Modulation) mengontrol light grow,
pompa DC dan fan. Range PWM yang
dapat diberikan untuk mengontrol
light grow, pompa DC adalah 0-225,
sehingga pemberian nilai PWM
maksimal dibatasi pada angka 255.
e = SP - t
de = en – en-1
dimana:
e = Error,
de = Delta Error,
SP = setting point,
t = pembacaan sensor (lux , pH, dan
nutrisi) dan,
n = Error ke n.
b. Menentukan semesta pembicaraan
dan nilainya, semesta pembicaraan
untuk input adalah Error dan delta
Error yang bernilai positive dan
negative. Sedangkan semesta
pembicaraan untuk output adalah
PWM. 10 Penelitian ini tujuan
utamanya adalah menaikan dan
menurunkan intensitas cahaya, pH dan
nutrisi agar sesui dengan kebutuhan
tanaman pakcoy, selada dan sawi
putih. Oleh karena itu interval Error
dan Delta Error untuk input berbeda- beda sesuai dengan kebutuhan sistem.
Untuk interfal Error mengontrol pada
intensitas cahaya yaitu -900 hingga
+900, untuk pH yaitu - 2 hingga +2,
nutrisi yaitu -40 hingga +40.
c. Menentukan fungsi keanggotaan dan
himpunan fuzzy, fungsi keanggotaan
yang digunakan adalah bentuk
segitiga. Bentuk segitiga dipilih
karena dalam pemberian respon lebih
cepat dan menggunakan persamaan
matematis yang sederhana serta
membutuhkan waktu komputasi yang
kecil dibanding yang lain. Jumlah
Page 7 of 14
Jurnal ABDI Volume 4 No. 2 Januari 2023 | UKM KPI Unhas
61
himpunan fuzzy yang digunakan
adalah tiga. Untuk Error didefinisikan
dengan en = Error Negative, ez =
Error zero dan ep = Error positive.
Untuk Delta Error didefinisikan
dengan den = Delta Error Negative,
dez = Delta Error zero dan dep = Delta
Error positive.
d. Penyusunan kaidah kontrol, metode
yang digunakan mengikuti aturan
Sugeno karena memiliki representasi
yang efisien. Rule base (basis aturan)
yang digunakan dinyatakan dalam
bentuk “IF-THEN”. Penyusunan
kaidah menggunakan metode matriks
dengan metode trial and Error.
e. Simulasi Matlab, simulasi
menggunakan Matlab bertujuan untuk
mengetahui hasil dari kaidah
pembicaraan. Jika sudah sesuai
dengan yang diinginkan (Error dan
Delta Error untuk PWM telah sesuai),
maka dibuatlah program pada
software arduino.
2) Sistem Monitoring
Proses monitoring dapat dilihat pada
gambar 7.
Gambar 4. Program Sistem Monitoring.
Proses monitoring dapat dengan
melakukan inisialisasi pin dilakukan untuk
memberikan nilai awal pada saat deklarasi
pin-pin yang akan digunakan. Untuk dapat
mengirimkan data lux , nutrisi, pH dari
sensor yang telah dikirim ke arduino
menuju blynk.
1. Adapun proses pembuatan tampilan
yang ada pada aplikasi Blynk sebagai
berikut: Mengunduh dan menginstal
software blynk pada smartphone.
2. Membuka aplikasi dan melakukan
registrasi akun baru.
3. Memilih new project pada tampilan
utama software blynk.
4. Memberi nama project, kemudian
pilih device tipe koneksi Wifi.
5. Mengklik create kemudian blynk akan
mengirimkan token authentication ke
email yang digunakan log in
sebelumnya.