Sistem Hidroponik berbasis supervisory Control and Data Aquisition (SCADA) untuk Greenhouse

INDONESIA:

Tantangan utama dalam budidaya pertanian hidroponik di dalam greenhouse adalah diperlukannya pengawasan dan pengendalian parameter nutrisi serta mikroklimat yang sangat presisi. Pengelolaan secara manual sering kali memicu keterlambatan koreksi parameter dan potensi human error yang dapat menurunkan kualitas hasil panen. Penelitian ini bertujuan untuk merancang, mengimplementasikan, dan menguji sistem otomatisasi hidroponik berbasis Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) menggunakan mikrokontroler ESP32 sebagai pusat kendali untuk pemantauan dan pengendalian kondisi greenhouse secara real-time. Sistem ini mengintegrasikan sensor pH untuk mengukur keasaman larutan, sensor TDS untuk kepekatan nutrisi, sensor DS18B20 untuk suhu cairan nutrisi, dan sensor DHT11 untuk memantau suhu serta kelembapan udara ruangan. Modul ADS1115 digunakan melalui komunikasi I2C untuk mengoptimalkan akurasi pembacaan data analog pada sensor pH dan TDS. Aktuator berupa pompa air nutrisi dan solenoid valve dikendalikan otomatis berdasarkan batas parameter yang ditentukan. Seluruh data akuisisi dikirimkan via jaringan WiFi lokal untuk ditampilkan secara visual pada dashboard web server berbasis HTML serta disimpan dalam bentuk data historis. Penelitian ini juga mengintegrasikan perspektif Islam melalui implementasi prinsip keterukuran (Q.S. Al-Hijr: 19), pemanfaatan ilmu pengetahuan untuk kemaslahatan (Q.S. Az-Zumar: 9), konsep Maqashid Syariah (hifz al-’aql, hifz al-mal, hifz an-nasl, dan hifz al-bi’ah), serta pencegahan tabdzir (pemborosan) dalam efisiensi sumber daya. Hasil pengujian menunjukkan bahwa sistem SCADA berhasil menjalankan fungsi monitoring dan kontrol otomatis dengan sangat baik. Evaluasi akurasi seluruh komponen sensor membuktikan tingkat presisi yang tinggi dengan akumulasi nilai galat di bawah batas toleransi ilmiah (<5%), di mana persentase error pada sensor pH hanya berkisar antara 2,78% hingga 4,64%. Sistem yang dikembangkan memberikan kontribusi taktis sebagai solusi teknologi pertanian presisi yang efektif, ekonomis, dan selaras dengan nilai-nilai pengelolaan lingkungan dalam Islam.

ENGLISH

The main challenge in hydroponic cultivation inside a greenhouse is the requirement for high-precision monitoring and control of nutrient and microclimate parameters. Manual management frequently leads to delayed parameter corrections and potential human errors, which can degrade crop yields. This research aims to design, implement, and evaluate a hydroponic automation system based on Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) using an ESP32 microcontroller as the central control unit for real-time greenhouse monitoring and regulation. The system integrates a pH sensor to monitor solution acidity, a TDS sensor for nutrient concentration, a DS18B20 sensor for nutrient fluid temperature, and a DHT11 sensor to track ambient air temperature and humidity. An ADS1115 module is employed via I2C communication to optimize the accuracy of analog-to-digital data conversion for the pH and TDS sensors. Actuators, consisting of a nutrient water pump and a solenoid valve, are automatically controlled according to predefined parameter thresholds. All acquired data are transmitted via a local WiFi network to be visually displayed on an HTML-based web server dashboard and logged as historical data. Furthermore, this study integrates an Islamic perspective by implementing the principle of measurable proportion (Q.S. Al-Hijr: 19), utilizing knowledge for public welfare (Q.S. Az-Zumar: 9), adopting Maqashid Shariah concepts (hifz al-’aql, hifz al-mal, hifz an-nasl, and hifz al-bi’ah), and preventing tabdzir (wastefulness) through resource efficiency. The experimental results demonstrate that the SCADA system executes its monitoring and automated control functions flawlessly. Accuracy evaluation across all sensor components confirms high precision, with cumulative error rates safely below the scientific tolerance threshold (<5%), notably with the pH sensor error ranging tightly between 2.78% and 4.64%. The developed system provides a tactical contribution as an effective, economical smart precision agriculture solution that perfectly aligns with Islamic principles of environmental stewardship.

ARABIC

التحدي الرئيسي في الزراعة المائية داخل البيوت الزجاجية هو الحاجة إلى مراقبة وتحكم دقيقين للغاية في معايير المحلول المغذي والمناخ المحلي. غالبًا ما تؤدي الإدارة اليدوية إلى تأخير تصحيح المعايير واحتمال حدوث أخطاء بشرية تؤثر سلبًا على جودة المحصول. تهدف هذه الدراسة إلى تصميم وتنفيذ واختبار نظام أتمتة الزراعة المائية القائم على نظام التحكم الإشرافي وتحصيل البيانات (SCADA) باستخدام المتحكم الدقيق ESP32 كمركز تحكم للمراقبة والتوجيه الفوري لظروف البيوت الزجاجية. يدمج هذا النظام مستشعر الرقم الهيدروجيني (pH) لقياس حموضة المحلول، ومستشعر إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) لقياس تركيز المغذيات، ومستشعر DS18B20 لقياس درجة حرارة السائل، ومستشعر DHT11 لمراقبة درجة حرارة ورطوبة الهواء المحيط. تم استخدام وحدة ADS1115 عبر اتصال I2C لتحسين دقة قراءة البيانات التناظرية لمستشعري pH و TDS. يتم التحكم في المشغلات، المتمثلة في مضخة مياه المغذيات وصمام السولينود، تلقائيًا بناءً على حدود المعايير المحددة. يتم إرسال جميع البيانات التي تم تحصيلها عبر شبكة WiFi محلية لعرضها مرئيًا على لوحة تحكم خادم الويب القائمة على HTML وحفظها في سجل البيانات التاريخية. دمجت هذه الدراسة أيضًا المنظور الإسلامي من خلال تطبيق مبدأ التقدير والموزونية (سورة الحجر: ١٩)، والاستفادة من العلم للمصلحة العامة (سورة الزمر: ٩)، ومفهوم مقاصد الشريعة (حفظ العقل، وحفظ المال، وحفظ النسل، وحفظ البيئة)، ومنع التبذير (الإسراف) لتحقيق كفاءة الموارد. وأظهرت نتائج الاختبار أن نظام SCADA نجح في أداء وظائف المراقبة والتحكم التلقائي بكفاءة عالية. وأثبت تقييم دقة جميع المستشعرات درجة عالية من الإحكام، حيث كانت نسبة الخطأ المتراكم أقل من حد التسامح العلمي (أقل من ٥٪)، وتراوحت نسبة الخطأ في مستشعر pH بين ٢٫٧٨٪ و ٤٫٦٤٪ فقط. يقدم النظام المطور مساهمة تكتيكية كحل تقني فعال واقتصادي في مجال الزراعة الدقيقة يتوافق مع القيم الإسلامية في إدارة البيئة والموارد المستدامة