Sistem pengelolaan dan monitoring nutrisi dan PH air berbasis IOT untuk budidaya hidroponik tanaman daun bawang (Allium Fistulosum L.) menggunakan Algoritma Fuzzy Mamdani

ABSTRAK

Budidaya hidroponik memerlukan pengelolaan kualitas air yang tepat, terutama pada parameter pH dan konsentrasi nutrisi yang dinyatakan dalam Total Dissolved Solids (TDS). Pengelolaan secara manual sering kali kurang efektif karena membutuhkan pemantauan berkala dan penyesuaian yang akurat. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan mengimplementasikan sistem monitoring dan pengendalian pH serta nutrisi pada budidaya hidroponik tanaman daun bawang berbasis Internet of Things (IoT) menggunakan metode Fuzzy Mamdani. Sistem dikembangkan menggunakan mikrokontroler ESP32 yang terintegrasi dengan sensor pH, sensor TDS, modul ADS1115, serta empat pompa aktuator yang terdiri atas pompa pH Up, pompa pH Down, pompa nutrisi, dan pompa air. Data hasil pembacaan sensor diproses menggunakan metode Fuzzy Mamdani untuk menentukan durasi aktivasi pompa berdasarkan kondisi pH dan TDS, kemudian dikirimkan ke server melalui jaringan internet dan ditampilkan pada dashboard berbasis web secara real-time. Hasil pengujian menunjukkan bahwa sistem mampu melakukan monitoring dan pengendalian kualitas air secara otomatis sesuai dengan aturan fuzzy yang telah ditetapkan. Hasil kalibrasi sensor menunjukkan nilai error sebesar 0,18% pada sensor pH dan 6,06% pada sensor TDS. Selain itu, pengujian aktuator menunjukkan nilai error sebesar 0%, di mana seluruh pompa berhasil bekerja sesuai dengan perintah yang dihasilkan oleh sistem. Data hasil monitoring juga berhasil dikirim dan ditampilkan pada dashboard secara real-time. Dengan demikian, sistem yang dikembangkan dapat membantu menjaga kestabilan kualitas air pada budidaya hidroponik tanaman daun bawang sehingga mendukung pertumbuhan tanaman secara optimal.

ABSTRACT

Hydroponic cultivation requires proper water quality management, particularly in terms of pH and nutrient concentration parameters expressed as Total Dissolved Solids (TDS). Manual management is often less effective because it requires periodic monitoring and accurate adjustments. This study aims to design and implement an Internet of Things (IoT)-based monitoring and control system for pH and nutrient management in hydroponic scallion cultivation using the Fuzzy Mamdani method. The system was developed using an ESP32 microcontroller integrated with a pH sensor, a TDS sensor, an ADS1115 module, and four actuator pumps consisting of a pH Up pump, a pH Down pump, a nutrient pump, and a water pump. Sensor readings are processed using the Fuzzy Mamdani method to determine pump activation duration based on pH and TDS conditions, then transmitted to a server via the internet and displayed on a web-based dashboard in real time. The testing results show that the system is capable of automatically monitoring and controlling water quality according to the predefined fuzzy rules. Sensor calibration results indicate an error rate of 0.18% for the pH sensor and 6.06% for the TDS sensor. In addition, actuator testing achieved an error rate of 0%, where all pumps operated according to the commands generated by the system. Monitoring data were also successfully transmitted and displayed on the dashboard in real time. Therefore, the developed system can help maintain water quality stability in hydroponic scallion cultivation, thereby supporting optimal plant growth.

مستخلص البحث

تتطلب الزراعة المائية (الهيدروبونيك) إدارة دقيقة لجودة المياه، وخاصة فيما يتعلق بدرجة الحموضة (pH) وتركيز يَشْهَدُ تَطَوُّرُ تِقْنِيَّةِ الْمَرْكَبَاتِ الْكَهْرَبَائِيَّةِ فِي إِنْدُونِيسِيَا نُمُوًّا سَرِيعًا، إِلَّا أَنَّ الْمُسْتَهْلِكِينَ مَا زَالُوا يُوَاجِهُونَ صُعُوبَةً فِي المغذيات المعبر عنه بإجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS). وغالبًا ما تكون الإدارة اليدوية أقل فعالية لأنها تتطلب مراقبة دورية وتعديلات دقيقة. تهدف هذه الدراسة إلى تصميم وتنفيذ نظام لمراقبة والتحكم في درجة الحموضة والمغذيات في زراعة البصل الأخضر المائية بالاعتماد على تقنية إنترنت الأشياء (IoT) باستخدام طريقة مامداني الضبابية (Fuzzy Mamdani). تم تطوير النظام باستخدام المتحكم الدقيق ESP32 المدمج مع مستشعر pH، ومستشعر TDS، ووحدة ADS1115، وأربع مضخات تشغيلية تشمل مضخة رفع درجة الحموضة (pH Up)، ومضخة خفض درجة الحموضة (pH Down)، ومضخة المغذيات، ومضخة المياه. تتم معالجة بيانات المستشعرات باستخدام طريقة مامداني الضبابية لتحديد مدة تشغيل المضخات بناءً على قيم pH وTDS، ثم تُرسل البيانات إلى الخادم عبر شبكة الإنترنت وتُعرض على لوحة تحكم ويب بشكل آني. أظهرت نتائج الاختبار أن النظام قادر على مراقبة جودة المياه والتحكم فيها تلقائيًا وفقًا لقواعد المنطق الضبابي المحددة مسبقًا. كما أظهرت نتائج معايرة المستشعرات نسبة خطأ بلغت 0.18٪ لمستشعر pH و6.06٪ لمستشعر TDS. بالإضافة إلى ذلك، حققت اختبارات المشغلات (المضخات) نسبة دقة بلغت 100٪، حيث عملت جميع المضخات وفقًا للأوامر الصادرة عن النظام. كما تم إرسال بيانات المراقبة وعرضها بنجاح على لوحة التحكم بشكل آني. وبناءً على ذلك، يمكن للنظام المطور أن يساعد في الحفاظ على استقرار جودة المياه في زراعة البصل الأخضر المائية، مما يدعم النمو الأمثل للنباتات..