Modul 4



MODUL 4

KONTROL AQUAPONIK SELEDRE DAN IKAN LELE




1. Pendahuluan[Kembali]

Aquaponik merupakan sistem budidaya terpadu yang menggabungkan akuakultur (pemeliharaan ikan) dan hidroponik (budidaya tanaman tanpa tanah) dalam satu ekosistem yang saling menguntungkan. Melalui proses ini, limbah organik yang dihasilkan oleh ikan akan diurai oleh bakteri menjadi nutrisi yang dapat diserap oleh tanaman, sementara tanaman berfungsi sebagai filter alami yang menjaga kualitas air tetap bersih dan layak bagi ikan. Dengan konsep daur ulang yang berkelanjutan ini, aquaponik menjadi salah satu metode budidaya modern yang efisien, hemat lahan, serta ramah lingkungan.

Dalam praktiknya, sistem aquaponik membutuhkan pengelolaan yang tepat agar keseimbangan antara tanaman dan ikan tetap terjaga. Faktor-faktor penting seperti ketinggian air, kejernihan air, suhu, kadar oksigen terlarut, serta aliran air harus terus dipantau untuk memastikan baik tanaman maupun ikan dapat tumbuh secara optimal. Tanpa pengendalian yang baik, tanaman dapat mengalami kekurangan nutrisi, sementara ikan dapat mengalami stres bahkan mati akibat buruknya kualitas air.

Budidaya seledri dan ikan lele menjadi kombinasi yang cukup potensial dalam sistem aquaponik. Seledri merupakan tanaman yang memiliki nilai ekonomi tinggi, membutuhkan suplai nutrisi stabil, dan sensitif terhadap perubahan kondisi air. Di sisi lain, ikan lele merupakan komoditas perikanan yang mudah dibudidayakan, toleran terhadap berbagai kondisi, serta menghasilkan limbah yang kaya nutrisi bagi tanaman. Kombinasi ini memungkinkan terciptanya ekosistem aquaponik yang produktif dan saling mendukung asalkan kondisi sistem berada dalam rentang yang ideal.

Untuk mencapai stabilitas tersebut, diperlukan suatu sistem kontrol aquaponik yang mampu bekerja secara otomatis dalam memantau dan mengatur kondisi lingkungan air. Sistem kontrol ini dirancang untuk memastikan faktor-faktor penting seperti ketinggian air, kualitas air, serta suhu berada pada kondisi optimal. Penggunaan sensor-sensor tertentu yang dikombinasikan dengan rangkaian kontrol memungkinkan proses pemantauan berjalan secara real-time sehingga dapat mengurangi intervensi manual, meminimalisir risiko kegagalan sistem, dan meningkatkan efisiensi operasional.

Dengan adanya sistem kontrol aquaponik yang terintegrasi, budidaya seledri dan ikan lele tidak hanya menjadi lebih mudah dan efisien, tetapi juga mampu menghasilkan produktivitas yang lebih tinggi dan berkelanjutan. Pengembangan sistem ini diharapkan dapat memberikan kontribusi nyata dalam mendukung pertanian modern, ketahanan pangan, serta optimalisasi sumber daya melalui teknologi budidaya terpadu yang ramah lingkungan.


2. Tujuan[Kembali]

1.    Memahami cara kerja sistem kontrol yang mengatur pompa air secara otomatis berdasarkan tingkat kelembapan tanah.

2.    Mengetahui mekanisme deteksi suhu lingkungan tinggi menggunakan komparator untuk mengaktifkan buzzer sebagai peringatan.

3.    Merancang sistem terpadu yang membuat sensor, op-amp, transistor, dan relay bekerja stabil dalam menjaga kelembapan tanah dan suhu lingkungan aquaponik.


3. Alat dan Bahan [Kembali]

A. ALAT 

   1. breadboard 400 titik


   2. kotak plastik 


   3.jumper male to male 


   4. jumper male to female



   5. adapter 5V dan 12V

   6. Potensiometer 1k

     Potensiometer berfungsi sebagai resistor yang dapat disesuaikan dalam rangkaian, menemukan penerapannya dalam berbagai skenario seperti kontrol volume pada amplifier, penyesuaian kecerahan dalam sistem pencahayaan, dan masih banyak lagi. Meskipun menyerupai resistor , potensiometer menawarkan fitur yang unik. Tidak seperti resistor dengan nilai resistansi tetap, potensiometer memungkinkan penyesuaian nilai resistansi.

   7.Relay 5V

     Relay adalah sebuah komponen elektronika yang berbentuk sakelar yang dioperasikan dengan listrik, dilengkapi 2 bagian diantaranya elektromagnet (Coil) dan mekanikal (Switch). Dimana komponen tersebut memanfaatkan prinsip elektromagnetik untuk dapat menggerakkan sakelar sehingga dapat menghantarkan arus listrik. Secara umum fungsi relay adalah sebagai komponen yang dapat mengubah arus listrik kecil menjadi aliran yang lebih besar lagi dengan memanfaatkan tenaga elektromagnetisme.a

Cara Kerja:

    Cara kerja relay adalah ketika kumparan elektromagnetik yang ada di dalamnya terdapat sebuah feromagnetis yang mendapatkan aliran listrik. Dengan demikian secara otomatis akan muncul  sebuah medan magnet yang sifatnya sementara namun selalu ada.

    Yang mana magnet tersebut akan menarik tuas armature sehingga dapat merubah posisi dari kontak switch yang awalnya dari NC (Normally Closed) berubah menjadi NO ( Normally Open).

    NO (Normally Open) adalah sebuah kondisi yang mana relay belum mendapatkan adanya tekanan dan tuas berada di posisi normal. Sedangkan NC ( Normally Closed) adalah kondisi dimana relay sudah mendapatkan adanya tegangan dengan posisi tuas menarik dan kontak tertutup.


   10.Buzzer

     Buzzer adalah komponen elektronik yang digunakan untuk menghasilkan suara atau bip. Ini adalah perangkat output yang mengubah sinyal listrik menjadi suara. Buzzer sering digunakan dalam perangkat rumah tangga, jam alarm, komputer, dan banyak perangkat elektronik lainnya sebagai cara untuk memberikan indikasi audio kepada pengguna.

Prinsip Kerja

Buzzer bekerja berdasarkan getaran membran logam tipis akibat adanya arus listrik. Saat tegangan diberikan, medan magnet di dalam buzzer berubah dan menyebabkan membran bergetar cepat sehingga menghasilkan suara.
Terdapat dua jenis utama buzzer:

  • Buzzer Aktif → Sudah memiliki rangkaian osilator di dalamnya. Cukup diberi tegangan DC (biasanya 5V) untuk menghasilkan bunyi.
  • Buzzer Pasif → Tidak memiliki osilator internal, sehingga memerlukan sinyal frekuensi AC atau PWM dari rangkaian eksternal untuk menghasilkan suara.

Kegunaan

  • Indikator alarm atau peringatan.

  • Penanda status sistem digital (contohnya output HIGH menghasilkan bunyi).

  • Aplikasi mikrokontroler seperti Arduino untuk menghasilkan nada atau bunyi notifikasi.

Konfigurasi Pin:
Spesifikasi:
1. Rated Voltage : 12V 
2. DC Operating Voltage : 4 to 8V 
3. DC Rated Current* : ≤30mA 
4. Sound Output at 10cm* : ≥85dB 
5. Resonant Frequency : 2300 ±300Hz 
6. Tone : Continuous 
7. Operating Temperature : -25°C to +80°C 
8. Storage Temperature : -30°C to +85°C
9. Weight : 2g 
*Value applying at rated voltage (DC)


  B. BAHAN

   1. Kabel meteran tembaga tunggal

   2. Sensor suhu LM35 
                                        

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika  yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.


     

      3. Sensor soil moisture 

   4. Operational Amplifier TL082
                                                           

Op-Amp TL082 adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penguat sinyal listrik (operational amplifier) yang digunakan untuk memperkuat sinyal input menjadi sinyal output dengan nilai yang lebih besar. Komponen TL082 ini diproduksi oleh Texas Instruments dan termasuk dalam keluarga dual operational amplifier dengan teknologi input JFET. TL082 memiliki keunggulan berupa impedansi input yang tinggi, arus bias input yang sangat kecil, serta kecepatan respon yang tinggi. Selain itu, TL082 juga memiliki tingkat kebisingan rendah dan linieritas yang baik, sehingga sangat cocok digunakan dalam berbagai aplikasi seperti penguat sinyal sensor, rangkaian filter aktif, serta sistem kendali analog tanpa memerlukan penyetelan yang rumit.



   5. Transistor 2SD882


                                       

    Transistor D882  , juga dikenal sebagai 2SD882, adalah transistor sambungan bipolar (BJT) NPN berdaya sedang yang umum digunakan dalam aplikasi amplifikasi dan switching untuk keperluan umum. Transistor ini dirancang dengan teknologi planar, menawarkan kinerja yang andal dan kemampuan penanganan arus yang moderat. Transistor ini memiliki tiga lapisan material semikonduktor dengan tiga terminal—emitor, basis, dan kolektor. Transistor ini memberikan amplifikasi arus yang efisien dengan rentang penguatan antara 60 dan 400, sehingga cocok untuk sirkuit berdaya rendah. Selain itu, D882 dapat dipasang pada heatsink melalui lubang sekrup pada paket SOT-32-nya, sehingga meningkatkan pembuangan panasnya selama operasi.

Spesifikasi:


Karakteristik:

   6. Resistor 
     

    Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R). 

    Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel Warna

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%
Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 10^5 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

   7. Pompa Air 5V
     


     Pompa air adalah alat atau perangkat mekanik yang digunakan untuk memindahkan air dari satu tempat ke tempat lain dengan cara memberikan energi mekanik pada fluida tersebut, sehingga air dapat mengalir dari daerah bertekanan rendah ke daerah bertekanan tinggi. Pompa air bekerja dengan prinsip mengubah energi mekanik menjadi energi tekanan dan kecepatan pada fluida (air) sehingga air dapat mengalir dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi atau dari tekanan rendah ke tekanan tinggi.

Cara Kerja:

  • Daya aktif, Saat pompa terhubung ke listrik, motor mulai berputar.
  • Putaran impeller, Poros motor memutar impeller untuk menghasilkan gaya sentrifugal.
  • Tekanan rendah terbentuk, Gaya sentrifugal menarik air dari sumber melalui pipa hisap.
  • Air terdorong keluar, Air bertekanan tinggi keluar lewat pipa keluaran menuju tangki atau saluran.
  • Kontrol otomatis, Sensor atau pelampung mengatur pompa agar menyala dan mati sesuai level air.


4. Dasar Teori [Kembali] 
   A. Sensor soil mouisture
                                                     
     Soil Moisture Sensor merupakan module untuk mendeteksi kelembaban tanah, yang dapat diakses menggunakan microcontroller seperti arduino.Sensor kelembaban tanah ini dapat dimanfaatkan pada sistem pertanian, perkebunan, maupun sistem hidroponik menggunakan hidroton.

Soil Moisture Sensor dapat digunakan untuk sistem penyiraman otomatis atau untuk memantau kelembaban tanah tanaman secara offline maupun online.

BAGIAN BAGIAN PIN SENSOR
Jika menggunakan pin Digital Output maka keluaran hanya bernilai 1 atau 0 dan harus inisalisasi port digital sebagai Input (pinMode(pin, INPUT)). Sedangkan jika menggunkan pin Analog Output maka keluaran yang akan muncul adalah sebauah angka diantara 0 sampai 1023 dan inisialisasi hanya perlu menggunkan analogRead(pin).

CARA KERJA SENSOR

Pada saat diberikan catudaya dan disensingkan pada tanah, maka nilai Output Analog akan berubah sesuai dengan kondisi kadar air dalam tanah.

Pada saat kondisi tanah :
  • Basah : tegangan output akan turun
  • Kering : tegangan output akan naik
  • Kelembaban tanah melebihi dari nilai ambang maka motor akan padam
  • Kelembaban tanah kurang dari nilai ambang maka motor akan menyala
SPESIFIKASI
  • Jenis sensor: Sensor kelembaban tanah berbasis resistif atau kapasitif
  • Tegangan kerja: 3,3 V – 5 V DC
  • Tipe keluaran:
                     Analog (A0): Tegangan berubah sesuai tingkat kelembaban
                     Digital (D0): Sinyal HIGH/LOW melalui modul komparator
  • Rentang pembacaan: 0% (sangat kering) hingga 100% (sangat basah) — bergantung kalibrasi 
  • Konsumsi arus: ±20–50 mA
  • Material probe: Logam pelat (resistif) atau PCB tahan korosi (kapasitif)
  • Suhu operasi: -10°C hingga +60°C
  • Kelembaban lingkungan: 10% – 90% RH non-kondensasi
  • Fitur tambahan: Potensiometer untuk mengatur ambang batas pada output digital
  • Panjang kabel: ±20–30 cm (modul bawaan), dapat diperpanjang
  • Metode pengukuran: Perubahan resistansi atau kapasitansi tanah terhadap kadar air

KARAKTERISTIK

  • Mengukur kelembaban tanah secara langsung – Sensor mendeteksi kadar air pada media tanam melalui perubahan resistansi atau kapasitansi.

  • Sensitivitas cukup tinggi – Mampu membedakan tingkat kelembaban dari kondisi sangat kering hingga sangat basah.

  • Respon cepat – Perubahan nilai kelembaban dibaca hampir seketika ketika kondisi tanah berubah.

  • Keluaran analog dan digital – Mendukung pembacaan nilai analog (A0) serta sinyal digital dengan ambang batas yang dapat diatur menggunakan potensiometer.

  • Tegangan kerja rendah – Beroperasi pada 3,3 V hingga 5 V sehingga mudah digunakan pada berbagai rangkaian elektronik.

  • Cocok untuk pemantauan otomatis – Dapat dihubungkan dengan op-amp, mikrokontroler, maupun sistem kontrol otomatis.

  • Mudah diinstal – Cukup ditancapkan pada tanah atau media tanam tanpa konfigurasi rumit.

  • Beberapa tipe tahan korosi – Versi kapasitif lebih stabil dan tahan lama dibanding tipe resistif yang rawan karat.

  • Rentang deteksi luas – Dapat digunakan pada tanah kering, lembap, hingga jenuh air.

  • Biaya rendah – Umumnya murah dan mudah ditemukan di pasaran sehingga ideal untuk proyek monitoring kelembaban tanah.

 
 
 


  B. SENSOR SUHU LM35

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika  yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.
 
 
IC LM 35 ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperature ruang. Jangka sensor mulai dari –55°C sampai dengan 150°C, IC LM35 penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai kontrol dari indikator tampilan catu daya terbelah. IC LM35 dapat dialiri arus 60 μA dari supplay sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0°C di dalam suhu ruangan. Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM35 yang dapat dikalibrasikan langsung dalam C (celcius), LM35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor.
 

Spesifikasi :
- Dikalibrasi Langsung dalam Celcius (Celcius)
- Faktor Skala Linear + 10-mV / ° C
- 0,5 ° C Pastikan Akurasi (pada 25 ° C)
- Dinilai untuk Rentang Penuh −55 ° C hingga 150 ° C
- Cocok untuk Aplikasi Jarak Jauh
- Biaya Rendah Karena Pemangkasan Tingkat Wafer
- Beroperasi Dari 4 V hingga 30 V
- Pembuangan Arus Kurang dari 60-μA
- Pemanasan Mandiri Rendah, 0,08 ° C di Udara Diam
- Hanya Non-Linearitas ± ¼ ° C Tipikal
- Output Impedansi Rendah, 0,1 Ω untuk Beban 1-mA

Grafik respon



   C. D. OP-AMP

    Penguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil.

Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, di antaranya:
a. Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)
b. Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)
c. Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)
d. Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)

Rangkaian dasar Op-Amp

Detektor Non-Inverting

    Detektor non-inverting adalah rangkaian penguat operasional (op-amp) yang digunakan untuk mendeteksi dan memperkuat sinyal input tanpa membalik fasa sinyal tersebut. Artinya, polaritas sinyal keluaran tetap sama dengan sinyal masukan, tidak mengalami pembalikan seperti pada konfigurasi inverting.

    Dalam konfigurasi ini, sinyal masukan diberikan ke terminal non-inverting (+) op-amp, sedangkan terminal inverting (–) digunakan sebagai umpan balik (feedback). Rangkaian ini mampu memperkuat sinyal kecil menjadi lebih besar dengan gain positif, sehingga sering digunakan pada sensor, detektor sinyal, dan sistem penguat otomatis.


Gelombang Input dan Output


Fungsi Detektor Non Inverting
   
    Detektor non-inverting berfungsi untuk memperkuat sinyal input tanpa mengubah polaritas atau fasa sinyal tersebut. Rangkaian ini digunakan untuk mendeteksi perubahan tegangan dari sensor atau sumber sinyal lain dengan cepat dan akurat. Karena memiliki impedansi input yang tinggi dan output yang searah dengan input, detektor non-inverting mampu menjaga kestabilan serta keaslian bentuk sinyal. Komponen ini banyak diterapkan dalam sistem sensor dan kontrol otomatis sebagai penguat deteksi yang mengaktifkan aktuator berdasarkan perubahan sinyal masukan.

Prinsip Kerja

    Prinsip kerja detektor non-inverting adalah ketika sinyal input diberikan ke terminal non-inverting (+) pada op-amp, tegangan output akan mengikuti perubahan sinyal input tanpa membalik polaritasnya. Jika tegangan input melebihi tegangan referensi pada terminal inverting (–), maka output akan berubah ke tegangan maksimum positif, dan sebaliknya jika lebih rendah, output menjadi tegangan minimum (negatif). Proses ini memungkinkan detektor mengenali dan memperkuat perubahan sinyal input dengan cepat tanpa pembalikan fasa, sehingga sering digunakan dalam sistem pendeteksi level atau pembanding tegangan.

Kurva Karakteristik I/O

D. Komparator Non-Inverting
    Rangkaian komparator non inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref ¹ 0 Volt baik positif maupun negatif adalah seperti gambar 9 
Gambar 9 Rangkaian komparator non inverting

    Untuk menghitung berapa tegangan ambang VUT atau VLT maka lakukan pemisalan kondisi tegangan output VO sama dengan +Vsat atau –Vsat. 
    Misalkan tegangan output VO = +Vsat seperti gambar 101 maka dapat dihitung tegangan ambang atas VLT
Gambar 10 Rangkaian komparator non inverting saat VO = +Vsat

    Misalkan tegangan output VO = -Vsat seperti gambar 102 maka dapat dihitung tegangan ambang bawah VUT
Gambar 11 Rangkaian komparator non inverting saat V0= -Vsat

    Bentuk gelombang tegangan output VO dengan Vref - adalah seperti pada gambar 12 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 13

Gambar 12 Bentuk gelombang tegangan output dengan Vref = bertegangan negatif

Gambar 13 Kurva karakteristik I-O dengan Vref = bertegangan negatif
Sehingga: 

         
  E. voltage follower
    Rangkaian voltage follower merupakan konfigurasi op-amp dengan penguatan tegangan sama dengan satu (unity gain), di mana output dihubungkan langsung ke input inverting (-). Fungsi utamanya adalah mengikuti atau menyalin tegangan input ke output tanpa adanya perubahan besar pada amplitudo sinyal. Dalam rangkaian ini, tegangan keluar (Vo) selalu sama dengan tegangan masuk (Vi), atau dinyatakan sebagai: 

Gambar di atas menunjukkan persamaan Vout = Vin, yang berarti tegangan keluaran sama persis dengan tegangan masukan. Persamaan ini digunakan pada rangkaian voltage follower atau buffer, di mana op-amp bekerja dengan penguatan satu (unity gain). Dengan demikian, rangkaian tidak mengubah besar tegangan sinyal, tetapi hanya menyalurkannya kembali dengan impedansi input yang sangat tinggi dan impedansi output yang rendah. Ini membuat sinyal tetap stabil tanpa terpengaruh beban selanjutnya.

Voltage follower memiliki impedansi input sangat tinggi dan impedansi output sangat rendah, sehingga mampu mencegah beban memengaruhi sumber sinyal. Karena sifat tersebut, voltage follower sering digunakan sebagai buffer, penyesuai impedansi, atau penguat arus untuk menjaga kestabilan sinyal pada rangkaian lanjutan tanpa menurunkan kualitas sinyal.







   


 


Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Gambar
BAHAN PRESENTASI UNTUK MATA KULIAH  ELEKTRONIKA 2025                                                                                  Disusun Oleh   :  Gina Yulva Eka Putri   NIM :  2410952059   Dosen Pengampu :  Dr. Darwison, MT  Rizky Wahyu Pratama ST, MT     Referensi : a. Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”, Jilid 1, ISBN: 978-602-9081-10-7, CV Ferila, Padang  b. Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”,Jilid 2,  ISBN: 978-602-9081-10-8, CV Ferila, Padang c. Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky, Electronic Devices and Circuit Theory, Pearson, 2013  d. Jimmie J. Cathey, Theo...
Read more »