Memanfaatkan IoT Untuk Modern Farming

Bagaimana memanfaatkan IoT untuk modern farming?

Menjawab permasalahan yang kami hadapi maka untuk mengantisipasi masalah ketahanan pangan dengan pemanfaatan teknologi tepat guna salah satunya adalah pemanfaatan IoT maka kami merancang sebuah system yang merupakan perpaduan antara kearifan lokal sebagai petani dengan teknologi pertanian yang dapat dilakukan oleh siapa pun meskipun memiliki keterbatasan lahan pertanian. Maka system hidroponik ini dapat dimanfaatkan oleh semua orang termasuk mereka yang ada di daerah perkotaan.
Peralatan yang dibutuhkan dalam Hidroponik Auto Drip Nutrition System adalah sebagai berikut:

a. Hidroponik Drip System

Hidroponik Drip System

Hidroponik yang menggunakan Drip System atau penyiraman dengan menggunakan sistem tetes melalui pipa atau selang. 

b. Microcontroller Arduino 

Microcontroller Arduino

Microcontroller Arduino yang kami gunakan adalah Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet). Memiliki 14 pin input dari output digital di mana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang-ke adaptor-DC atau baterai untuk menjalankannya.
Uno berbeda dengan semua board sebelumnya dalam hal koneksi USB-to-serial yaitu menggunakan fitur Atmega8U2 yang diprogram sebagai konverter USB-to-serial berbeda dengan board sebelumnya yang menggunakan chip FTDI driver USB-to-serial.
Nama “Uno” berarti satu dalam bahasa Italia, untuk menandai peluncuran Arduino 1.0. Uno dan versi 1.0 akan menjadi versi referensi dari Arduino. Uno adalah yang terbaru dalam serangkaian board USB Arduino, dan sebagai model referensi untuk platform Arduino, untuk perbandingan dengan versi sebelumnya, lihat indeks board Arduino.

Arduino dapat diprogram dengan menggunakan software Arduino.
1. Download di http://arduino.cc.
2. Pilih Arduino Uno dari menu > Peralatan Board (sesuai dengan mikrokontroler).
3. Untuk lebih rinci dapat lihat referensi http://arduino.cc/en/Reference/HomePage


c. Sensor
· Sensor Kelembaban Tanah (Soil Moisture Sensor)

Soil Moisture Sensor

Sensor suhu berfungsi untuk mengubah kelembaban tanah menjadi beda potensial listrik. Sehingga kelembaban tanah atau kadar air di dalam tanah yang merupakan data analog dirubah menjadi data digital untuk keperluan Hidroponik Auto Drip Nutrition System. 

· Sensor Suhu Ruangan (DHT11)

Sensor Suhu Ruangan

Sensor suhu berfungsi untuk mengubah temperatur/suhu menjadi beda potensial listrik. Sehingga temperatur/suhu ruangan yang merupakan data analog dirubah menjadi data digital untuk keperluan Hidroponik Auto Drip Nutrition System.

d. LCD (Display)

LCD Display

LCD (Display) dibutuhkan dalam Hidroponik Auto Drip Nutrition System untuk menampilkan informasi dari data yang dilaporkan oleh sensor kelembaban tanah (media tanam), sensor kelembaban dan suhu di dalam ruangan. Sehingga memudahkan kami untuk memantau keadaan kebun hidroponik yang kami rancang. Selain itu LCD ini menampilkan status alat baik pompa, led grow light atau blower yang sedang menyala atau dalam keadaan mati.

e. Lampu Hidroponik (Led Grow Light)

Led Grow Light

Selain sebagai alat yang mampu menaikkan suhu ruangan Lampu Hidroponik (Led Grow Light) secara langsung berfungsi sebagai perangsang pertumbuhan tanaman yang fungsinya sama seperti sinar matahari.

f. Kipas (Blower)

Kipas (Blower)

Kipas atau blower (fan ventilator) digunakan mengatur ventilasi udara untuk hidroponik yang berada di dalam ruangan (indoor hidroponik) supaya udara atau suhu ruangan tetap terjaga dengan baik.

g. Pompa air mini (Mini Water Pump)

Pompa air mini (Mini Water Pump)

Pompa ini digunakan untuk memompa dan mengalirkan larutan nutrisi ke hidroponik Drip System. Bisa menggunakan pompa untuk aquarium karena tidak membutuhkan daya pompa yang sangat besar.

h. (EC, TDS, Temp Tester Meter )

EC, TDS, Temp Tester Meter

Alat pengukur kualitas air pada sistem tanam hidroponik baik suhu mau pun tingkat keasaman air (PH air) digunakan untuk mengontrol kualitas air atau larutan nutrisi yang akan digunakan pada tanaman hidroponik.

i. Timer

Alat pengatur waktu menyala yang digunakan untuk mengatur aktivitas blower, pompa air dan led grow light sehingga penggunaannya lebih efisien.

Semai Hidroponik

Sayuran hidroponik adalah sayuran yang tumbuh dengan bantuan cairan yang mengandung mineral yang diperlukan oleh sayuran untuk bisa tumbuh.

Berbeda dengan sayuran lainnya yang membutuhkan tanah untuk tumbuh. Selain air dan mineral, tanaman hidroponik juga membutuhkan lampu, sistem filtrasi untuk air dan udara. Semua kebutuhan ini dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman. 

Biasanya sayuran hidroponik ditanam di rumah kaca ataupun di luar ruangan. Karena itulah sayuran lebih mulus dan besar. Harganya lebih mahal dari sayuran biasa namun lebih terjangkau dibanding sayuran organik.

Keunggulan Sistem pertanian hidroponik

Tanaman hidroponik sangat dijaga cara dan tempat penanamannya, serta tidak membutuhkan tanah, maka sayuran hidroponik tidak menggunakan pestisida untuk melindunginya sari serangan hama.

Selain itu keuntungan menanam sayuran hidroponik yaitu :

Sistem pertanian hidroponik tidak menggunakan tanah hanya menggunakan air sebagai media tanam maka tingkat sterilisasi cenderung lebih baik.

Tanaman hidroponik biasanya ditanam  pada green house maka tanaman lebih aman dari serangan hama dan penyakit.

Unsur hara yang diberikan sudah dalam bentuk ion sehingga langsung tersedia bagi tanaman dan dapat diserap langsung oleh tanaman. Tanaman lebih cepat tumbuh karena unsur hara yang diberikan terkontrol dan langsung dapat diserap oleh tanaman.

Penyemaian pada sistem bercocok tanam Hidroponik tidak terlalu banyak memakan waktu dan tempat

Hidroponik Drip System

Hidroponik Drip System
atau Sistem irigasi tetes merupakan cara bercocok tanam menggunakan media Air (Larutan Nutrisi) yang diteteskan atau disiramkan pada media tanam

Apa Hidroponik Drip System?

Belakangan ini sering kita dengar tentang Hidroponik, sistem bercocok tanam yang tidak menggunakan tanah sebagai media tanam

Hidroponik drip system adalah salah satu cara menanam pada Modern Farming yang saat ini sudah banyak diminati oleh berbagai kalangan dengan system yang dikembangkan sesuai dengan kemampuan dan inovasi setiap petani hidroponik. Namun pada intinya Hidroponik Drip System ini merupakan Indoor Farming atau bercocok tanam yang umumnya dilakukan di dalam ruangan. Seperti kita keta ketahui hidroponik merupakan cara bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai media tanam tetapi menggunakan air atau lebih tepatnya larutan nutrisi.

Berbagai jenis tanaman sudah banyak dibudidayakan dengan menggunakan sistem hidroponik.
Ada dua jenis Hidroponik Drip System yang kita kenal yaitu:

Sistem Resirkulasi
Sistem ini dikenal dengan recovery drip, nutrisi tanaman yang terdapat pada media air dipompa untuk dialirkan dan diserap akar tanaman dibiarkan mengalir kemudian dipergunakan kembali. Nutrisi yang mengalir kembali ke reservoir kemudian diresirkulasi melalui sistem hidroponik. Proses ini terus berputar dan berulang-ulang. Hanya tinggal menambahkan Nutrisi apa bila persediaan pada reservoir dianggap tidak mencukupi.

Nutrisi yang digunakan dapat disesuaikan dengan kebutuhan masing-masing tanaman, sehingga pertumbuhan tanaman lebih bagus dan merata pada seluruh tanaman karena mendapatkan nutrisi yang tepat dan seimbang pada setiap tanaman.

Sistem Non-Resirkulasi
Sistem non resirkulasi atau istilah lainnya non-recovery drip, adalah penggunaan media air yang sudah diberi nutrisi untuk tanaman hidroponik. Larutan nutrisi yang ada pada reservoir tidak didaur ulang dan digunakan lagi. Hal ini dilakukan karena penggunaan larutan nutrisi melalui tetesan dan siraman larutan nutrisi secara teratur sesuai dengan kebutuhan tanaman. Bila sistem ini dilakukan oleh petani hidroponik butuh ketelitian dan ketepatan waktu sehingga tidak terlambat mensuplay larutan nutrisi hidroponik yang diteteskan atau disiramkan pada media tanam.

Pengembangan Hidroponik

Rencana pengembangan dari System yang akan kita buat adalah menambahkan EC, TDS, Temp Tester Meter yang berfungsi mengukur kualitas air termasuk tingkat keasaman (PH) Larutan Nutrisi yang dibutuhkan oleh tanaman.

Selain itu tabung Nutrisi dapat difungsikan sebagai kolam ikan sehingga akan saling mendukung atau terbentuk simbiosa mutualisma antara ikan sebagai penghasil pupuk organik untuk tanaman melalui kotorannya, dan ikan mendapatkan sumber makanan dan air yang bersih setelah melalui penyaringan alamiah (bio filtrasi) melalui akar-akar tanaman dalam system hidroponik. Rencana pengembangan tersebut dapat dilihat melalui gambar di bawah ini:

Hidroponik Auto Drip Nutrition System menggunakan Microcontroller Arduino

Pengembangan hidroponik diharapkan mampu meningkatkan produktifitas yang dihasilkan system yang sudah ada menjadi lebih maksimal. beberapa hal yang ingin dicapai adalah sebagai berikut:

Pemanfaatan IoT untuk modern farming pada saat sekarang sudah menjadi salah satu pilihan dari sedikit solusi yang ada. Terlebih ketika lahan pertanian produktif semakin kritis dan tergusur oleh area industri dan pembangunan lain yang menunjang peralihan negara kita menjadi negara industri tidak bisa dielakkan lagi.

Perkembangan Teknologi Informasi sudah menyentuh hampir semua aspek kehidupan termasuk di bidang pertanian dan pembangunan Hidroponik dengan Auto Nutrition System menggunakan Arduino adalah salah satu pemanfaatan IoT di bidang pertanian. 

Perpaduan dan pendayagunaan teknologi terkini dengan bidang pertanian memecahkan salah satu masalah yaitu mengatasi krisis ketahanan pangan pada saat pandemi seperti sekarang yang bisa ditanggulangi dengan bertani menggunakan teknologi tepat guna. 

Generasi 4.0 siap menghadapi segala macam perubahan, termasuk perubahan atas pemanfaatan teknologi terkini dan terus mengikuti serta mengupdate kemampuan sesuai dengan segala perkembangannya sehingga mampu bertahan dan menjadi unggul pada setiap perubahan yang terjadi.

Modern Farming

Membangun Hidroponik dengan Auto Nutrition System menggunakan Arduino sekilas terlihat mahal karena harus mempersiapkan peralatan yang dibutuhkan.

Namun ketika kita membandingkan hasil yang diperoleh dengan sistem tanam secara konvensional adalah sebagai berikut:

• Penggunaan listrik tidak terlalu boros karana menggunakan pengaturan On/Off system dengan timer.

• Peralatan penunjang seperti pompa air, kipas (blower) dan Led Grow Light lebih efisien.

• Penggunaan nutrisi tidak banyak yang terbuang karena langsung diberikan sesuai dengan kebutuhan setiap tanaman, sehingga setiap tanaman mendapatkan nutrisi dari media tanam melalui Drip System.

• Penggunaan air bisa diatur sesuai kebutuhan, bahkan ketika musim kemarau pun masih bisa melakukan penanaman.

• Penanaman bisa dilakukan di dalam ruangan, sehingga system ini bisa digunakan untuk mereka yang tidak memiliki lahan tanam atau halaman yang luas. Maka menjadi salah satu solusi ketika lahan pertanian produktif semakin kritis karena terkikis oleh bangunan pabrik, jalan tol, perkantoran dan perumahan.

• Waktu panen bisa diatur sesuai hasil yang diinginkan. Jadi kita bisa menentukan tanaman apa yang ingin ditanam dalam jangka waktu tertentu.

• Kegagalan panen karena cuaca buruk bisa diminimalkan dengan pengkondisian suhu di dalam ruangan dibantu dengan menggunakan led grow light dan blower.

Dengan demikian kita bisa memanfaatkan waktu dan tenaga menjadi lebih optimal bila Hidroponik dengan Auto Nutrition System menggunakan Arduino berhasil dibangun.

Cara Kerja Hidroponik Auto Drip Nutrition System
Berikut ini adalah diagram alur atau flowchart cara kerja Hidroponik Auto Drip Nutrition System yang akan kami rancang.

Flowchart Hidroponik Auto Drip Nutrition System

System hidroponik yang kita gunakan adalah hidroponik di dalam ruangan (Indoor Hidroponik) hal ini dilakukan karena sensor suhu yang tersedia belum dapat digunakan di luar ruangan (outdoor) sehingga kita menggunakannya pada hidrponik di dalam sebuah ruangan bisa di sekitar rumah yang tertutup atau dalam ruang khusus penanaman hidroponik.

Dari flowchart Hidroponik Auto Drip Nutrition System di atas untuk System yang kami rancang langkah pertama adalah melakukan Inisialisasi Sensor Soil, DHT11, Bluetooth yang akan digunakan supaya dapat terbaca oleh Microcontroller Arduino sebagai pusat pengendali.

Hidroponik Auto Drip Nutrition System membutuhkan dua buah sensor yaitu soil moisture sensor adalah sensor yang digunakan untuk mengukur kelembaban tanah dan temperature sensor adalah sensor yang digunakan untuk mengukur suhu dalam ruangan. Dua buah sensor ini merupakan alat Input data berupa kelembaban tanah (media tanam) dan suhu ruangan yang digunakan sebagai data analog kemudian dirubah menjadi data digital sehingga dapat dibaca oleh microcontroller sebagai pengelola data.

Soil moisture sensor akan membaca atau mengukur kelembaban tanah (media tanam) kemudian tingkat kelembaban tanah akan dikirim kepada microcontroller arduino. Jika kelembaban tanah (media tanam) termasuk kategori kering atau rendah maka microcontroller arduino akan memberikan perintah kepada pompa untuk menyala dan memompa air (nutrisi hidroponik) ke media tanam melalui pipa Drip system selama waktu tertentu misalnya selama 15 menit. Dengan demikian pompa tidak akan diperintahkan menyala bila kelembaban tanah (media tanam) masih di atas batas kelembaban yang angkanya bisa kami sesuaikan dengan kebutuhan air setiap jenis tanaman yang berbeda.

Temperature sensor akan mengukur atau melakukan scanning suhu dan kelembaban ruang yang kami gunakan untuk tanaman hidroponik. Jika kelembaban ruang terlalu tinggi dan suhu termasuk kategori dingin maka microcontroller arduino akan memberikan perintah kepada lampu (LED Grow Light) yang terpasang dalam untuk menyala dan meningkatkan suhu di dalam ruangan. Lama Led Grow Light menyala bisa kami atur menggunakan pengatur waktu atau timer, misalnya selama 60 menit atau disesuaikan dengan suhu di setiap daerah yang berbeda dan tentunya disesuaikan dengan kebutuhan suhu tertentu sesuai dengan jenis tanaman. Secara otomatis led grow light akan mati bila suhu dan kelembaban pada batas normal sehingga tanaman tidak akan kepanasan yang diakibatkan oleh lampu.

Jika kelembaban ruang terlalu rendah dan suhu termasuk kategori panas maka microcontroller arduino akan memberikan perintah kepada kipas atau Blower (Fan Ventilator) yang terpasang dalam system hidroponik untuk menyala dan menurunkan suhu serta mengatur sirkulasi udara di dalam ruangan menjadi lebih baik. Lama Blower (Fan Ventilator) menyala bisa kami atur menggunakan pengatur waktu atau timer, misalnya selama 60 menit atau disesuaikan dengan suhu di setiap daerah yang berbeda dan tentunya disesuaikan dengan kebutuhan suhu tertentu sesuai dengan jenis tanaman. Secara otomatis Blower (Fan Ventilator) akan mati bila suhu dan kelembaban pada batas normal sehingga ruangan tidak akan terlalu dingin yang diakibatkan oleh Blower (Fan Ventilator). 

Status atau kondisi yang dilaporkan oleh sensor menjadi data analog dirubah menjadi data digital kemudian ditindaklanjuti dengan proses yang sesuai dengan data yang diperoleh. Hal ini menjadi lebih efisien karena kami bisa menjadwalkan apa saja yang ingin kami lakukan terhadap tanaman yang ditanam untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Sebagai pengaturan status ini ditampilkan pada LCD Display dan bisa diakses melalui Phone Cell meskipun baru bisa diakses pada jarak tertentu. Rencana pengembangan dari System yang sudah kami buat adalah menambahkan EC, TDS, Temp Tester Meter untuk mengatur kebutuhan Nutrisi yang dibutuhkan tanaman yang berbeda dibutuhkan pengaturan pemberian Larutan Nutrisi yang sesuai.