Sistem monitoring dan pengaturan nutrisi hidroponik melon berbasis sensor total dissolved solids (TDS) serta panel surya sebagai sumber energi

ABSTRAK:
Penelitian ini memfokuskan pada perancangan, implementasi, dan pengujiansistem otomatis untuk monitoring dan pengaturan nutrisi pada budidaya melon secarahidroponik, dengan integrasi cerdas antara teknologi sensor dan pemanfaatan sumberenergi terbarukan. Mengingat potensi besar hidroponik untuk meningkatkan produktivitashortikultura di Indonesia, kontrol presisi terhadap parameter larutan nutrisi menjadi krusial.Sistem yang dikembangkan memanfaatkan sensor Total Dissolved Solids (TDS), yangsecara akurat mengukur konduktivitas listrik (EC) larutan, untuk memantau konsentrasiion-ion nutrisi dalam tandon secara real-time. Data TDS yang terakuisisi kemudian menjadiumpan balik vital bagi algoritma kontrol proporsional-integral (PI) yang tertanam.Algoritma ini secara otomatis mengelola aktivasi pompa dosifikasi nutrisi, memastikankadar nutrisi dipertahankan secara dinamis pada set-point yang optimal sesuai fasepertumbuhan melon.Untuk memvalidasi kinerja dan akurasi sistem, serangkaianeksperimen ekstensif telah dilakukan dengan menetapkan set-point konsentrasi nutrisi padatiga tingkatan spesifik: 500 ppm, 800 ppm, dan 1000 ppm. Pemilihan nilai-nilai inididasarkan pada kebutuhan nutrisi spesifik melon dari tahap vegetatif awal hingga fasegeneratif dan pematangan. Pengambilan data dilakukan secara berulang pada setiap set-point untuk menganalisis stabilitas sistem dalam menjaga konsentrasi nutrisi, responsterhadap fluktuasi, serta deviasi minimal dari nilai target. Inovasi fundamental dari sistemini terletak pada kemandirian energi total yang dicapai melalui integrasi panel suryasebagai sumber daya utama. Energi listrik yang dihasilkan oleh panel surya disimpan dalamsistem baterai, yang kemudian menyuplai daya untuk seluruh komponen elektronik.Pemanfaatan energi surya ini tidak hanya signifikan dalam mengurangi biaya operasionaldan ketergantungan pada jaringan listrik konvensional, tetapi juga mendukung konseppertanian berkelanjutan dan memungkinkan implementasi sistem ini di daerah-daerahterpencil di Indonesia. Hasil pengujian menunjukkan bahwa prototipe sistem berhasilmemonitor dan menjaga konsentrasi TDS larutan nutrisi pada set-point 500 ppm, 800 ppm,dan 1000 ppm dengan tingkat akurasi dan stabilitas yang tinggi, serta menunjukkan responsyang cepat dan efisien terhadap perubahan kondisi. Sistem ini menawarkan solusi yanginovatif, efisien, dan ramah lingkungan untuk manajemen nutrisi hidroponik melon,berkontribusi pada peningkatan produktivitas pertanian presisi di Indonesia

ABSTRACT:
This research focuses on the design, implementation, and testing of an automatedsystem for monitoring and regulating nutrient solutions in hydroponic melon cultivation,through the intelligent integration of sensor technology and the utilization of renewableenergy sources. Given the significant potential of hydroponics to enhance horticulturalproductivity in Indonesia, precise control over nutrient solution parameters is crucial. Thedeveloped system employs a Total Dissolved Solids (TDS) sensor, which accuratelymeasures the electrical conductivity (EC) of the solution, to continuously monitor theconcentration of nutrient ions in the reservoir in real-time. The acquired TDS data servesas vital feedback for the embedded proportional-integral (PI) control algorithm. Thisalgorithm automatically manages the activation of nutrient dosing pumps, ensuring thatnutrient levels are dynamically maintained at optimal set-points tailored to the specificgrowth phases of the melon. To validate the system's performance and accuracy, a seriesof extensive experiments were conducted by setting nutrient concentration set-points atthree specific levels: 500 ppm, 800 ppm, and 1000 ppm. These values were chosen basedon the specific nutrient requirements of melons from the early vegetative stage through thegenerative and ripening phases. Data acquisition was performed iteratively at each set-pointto analyze the system's stability in maintaining nutrient concentrations, its response tofluctuations, and minimal deviation from the target values. A fundamental innovation ofthis system lies in its total energy independence, achieved through the integration of a solarphotovoltaic panel as the primary power source. The electricity generated by the solar panelis stored in a battery system, which then supplies power to all electronic components,including the microcontroller unit (Arduino), various sensors, pump actuation modules,and wireless communication modules (ESP8266) for remote monitoring. The utilization ofsolar energy is not only significant in reducing operational costs and dependence onconventional electricity grids but also supports the concept of sustainable agriculture andenables the implementation of this system in remote areas across Indonesia. The test resultsindicate that the prototype system successfully monitors and maintains TDS concentrationsof the nutrient solution at 500 ppm, 800 ppm, and 1000 ppm set-points with high accuracyand stability, demonstrating a fast and efficient response to changing conditions. Thissystem offers an innovative, efficient, and environmentally friendly solution forhydroponic melon nutrient management, contributing to increased precision agricultureproductivity in Indonesia

مستخلص البحث:

يركز هذا البحث على تصميم وتطبيق واختبار نظام آلي لمراقبة وتنظيم المغذيات في زراعة البطيخ المائي(الهيدروبونيك)، وذلك من خالل الدمج الذكي بين تقنية االستشعار واالستفادة من مصادر الطاقة المتجددة. بالنظر إلىاإلمكانات الكبيرة للزراعة المائية في زيادة اإلنتاجية البستانية في إندونيسيا، يصبح التحكم الدقيق في معلمات محلولالمغذيات أمرًا بالغ ا ْلهمية. يستخدم النظام المطورمستشعر إجمالي المواد الصلبة الذائبة(TDS)، الذي يقيس بدقةالموصلية الكهربائية(EC)للمحلول، لمراقبة تركيز أيونات المغذيات في الخزان بشكل مستمر وفي الوقت الفعلي.تُصبح بياناتTDSالمكتسبة بعد ذلك بمثابة تغذية راجعة حيوية لـخوارزمية التحكم التناسبي-التكاملي(PI)المدمجة.تدير هذهالخوارزمية تلقائيًا تنشيط مضخات جرعات المغذيات، مما يضمن الحفاظ على مستويات المغذيات ديناميكيًاعند نقاط الضبط المثلى وفقًا لمراحل نمو البطيخللتحقق من أداء النظام ودقته، تم إجراء سلسلة من التجارب المكثفة منخالل تحديد نقاط ضبط تركيز المغذيات عند ثالثة مستويات محددة: 500جزء في المليون(ppm)و022جزء فيالمليونو0222جزء في المليون.استند اختيار هذه القيم إلى المتطلبات الغذائية المحددة للبطيخ من مرحلة النموالخضري المبكرة وحتى مراحل اإلزهار والنضج. تم جمع البيانات بشكل متكرر عند كل نقطة ضبط لتحليل استقرارالنظام في الحفاظ على تركيز المغذيات، واستجابته للتقلبات، والحد اْلدنى من االنحراف عن القيم المستهدفة. يكمناالبتكار اْلساسي لهذا النظام فياالستقاللية الكاملة في الطاقةالتي تم تحقيقها من خالل دمجاْللواح الشمسيةالكهروضوئيةكمصدر رئيسي للطاقة. يتم تخزينالطاقة الكهربائية الناتجة عن اْللواح الشمسية في نظام بطارية، والذييقوم بعد ذلك بتزويد الطاقة لجميع المكونات اإللكترونية. ال يساهم استخدام الطاقة الشمسية بشكل كبير فيتقليل تكاليفالتشغيلواالعتماد على شبكات الكهرباء التقليدية فحسب، بل يدعم أيضًا مفهومالزراعة المستدامةويسمح بتطبيق هذاالنظام في المناطق النائية في إندونيسياتُظهر نتائج االختبار أن النموذج ا ْلولي للنظام نجح في مراقبة والحفاظ علىتركيزTDSلمحلول المغذيات عند نقاط الضبط222ppmو022ppmو0222ppmبمستوى عال ٍ من الدقةواالستقرار، كما أظهر استجابة سريعة وفعالة للتغيرات في الظروف. يقدم هذا النظام حال ً مبتكرًا وفعاال ً وصديقًا للبيئةإلدارة مغذيات البطيخ الهيدروبونيكي، مما يساهم في زيادة إنتاجية الزراعة الدقيقة في إندونيسيا