Monitoring dan otomatisasi pemberian nutrisi tanaman melon hidroponik menggunakan Fuzzy Mamdani berbasis internet of things

ABSTRAK:

Penelitian ini berangkat dari dua permasalahan utama pada budidaya melon hidroponik. Pertama, pemantauan dan pengaturan nutrisi secara manual membutuhkan ketelitian tinggi serta berisiko menyebabkan ketidakseimbangan konsentrasi nutrisi yang berdampak pada penurunan kualitas panen. Kedua, penerapan logika konvensional (Boolean) pada pengontrolan otomatis menghasilkan respons yang kaku terhadap fluktuasi data sensor, sehingga diperlukan pendekatan logika Fuzzy Mamdani untuk menentukan durasi pemberian nutrisi secara lebih halus dan adaptif. Penelitian ini bertujuan mengimplementasikan sistem kendali tertanam (closed-loop) berbasis mikrokontroler ESP32 dan Internet of Things untuk memantau nilai kepekatan nutrisi (Electrical Conductivity/EC),Ketinggian Air, dan Hari Setelah Tanam (HST) secara real-time, serta menganalisis kinerja algoritma Fuzzy Mamdani dalam mengendalikan durasi aktif pompa nutrisi AB Mix (P1) dan pompa air bersih (P2). Proses pengujian dilakukan pada skala prototipe bak penampungan sistem sumbu berkapasitas 6 Liter dengan pembagian dua fase pertumbuhan vegetatif, yaitu Fase Vegetatif Awal (1–14 HST, target setpoint EC 1,3 mS/cm) dan Fase Vegetatif Puncak (15–30 HST, target setpoint EC 1,7 mS/cm). Sistem terintegrasi dengan sensor TDS untuk kepekatan larutan, sensor ultrasonik HC-SR04 untuk ketinggian air, modul Web-Based RTC via server database untuk sinkronisasi umur tanaman, serta dashboard website sebagai antarmuka pemantauan jarak jauh. Hasil kalibrasi instrumen menunjukkan tingkat galat (error) pembacaan sensor ultrasonik sebesar 0,47% dan sensor TDS sebesar 12,55%. Pengujian sinkronisasi waktu Web-Based RTC menghasilkan rata-rata selisih waktu 0,83 detik. Evaluasi kinerja algoritma Fuzzy Mamdani pada memori ESP32 mencatatkan rata-rata error logika sebesar 0,27% untuk Pompa Nutrisi (P1) dan 0,08% untuk Pompa Air Bersih (P2) dibandingkan dengan perhitungan teoritis. Pengujian mekanis aktuator mencatatkan error waktu pemicuan relay sebesar 0,49% dengan debit aliran stabil rata-rata 5,96 mL/detik. Penelitian ini menyimpulkan bahwa pengintegrasian algoritma Fuzzy Mamdani berbasis IoT pada ESP32 mampu mengontrol pemberian nutrisi tanaman melon hidroponik secara presisi, akurat, dan adaptif sesuai fase pertumbuhan vegetatif tanaman.

ABSTRAK:

This study addresses two major issues in hydroponic melon cultivation. First, manual monitoring and regulation of nutrients require a high degree of precision and carry the risk of causing imbalances in nutrient concentrations, which can lead to a decline in crop quality. Second, the application of conventional (Boolean) logic in automated control results in a rigid response to fluctuations in sensor data; therefore, a Mamdani fuzzy logic approach is needed to determine the duration of nutrient delivery in a more refined and adaptive manner. This study aims to implement a closed-loop embedded control system based on the ESP32 microcontroller and the Internet of Things to monitor nutrient concentration (Electrical Conductivity/EC), water level, and days after planting (DAP) in real time, as well as to analyze the performance of the Mamdani fuzzy logic algorithm in controlling the active duration of the AB Mix nutrient pump (P1) and the clean water pump (P2). Testing was conducted on a prototype 6-liter reservoir system with a wick setup, divided into two vegetative growth phases: the Early Vegetative Phase (1–14 DAP, target EC setpoint of 1.3 mS/cm) and the Peak Vegetative Phase (15–30 DAP, target EC setpoint of 1.7 mS/cm). The system is integrated with a TDS sensor for solution salinity, an HC- SR04 ultrasonic sensor for water level, a Web-Based RTC module via a database server for plant age synchronization, and a website dashboard as a remote monitoring interface. Instrument calibration results showed a reading error of 0.47% for the ultrasonic sensor and 12.55% for the TDS sensor. Testing of the Web-Based RTC time synchronization yielded an average time difference of 0.83 seconds. Performance evaluation of the Mamdani Fuzzy algorithm on the ESP32 memory recorded an average logical error of 0.27% for the Nutrient Pump (P1) and 0.08% for the Clean Water Pump (P2) compared to theoretical calculations. Mechanical testing of the actuator recorded a relay trigger time error of 0.49% with an average stable flow rate of 5.96 mL/second. This study concludes that the integration of the IoT-based Mamdani Fuzzy algorithm on the ESP32 is capable of controlling the nutrient supply for hydroponic melons precisely, accurately, and adaptively according to the plant’s vegetative growth phase.

ABSTRACT:

نطلق هذه الدراسة من مشكلتني رئيسيتني يف زراعة الشمام ابلزراعة املائية. املشكلة األوىل هي أن مراقبة املغذايت وضبطها يدواي كيز املغذايت، مما يؤثر سلبا على جودة احملصول. أما املشكلة الثانية فهي أن استخدامتتطلبان دقة عالية وتنطواين على خطر اختالل تراملنطق التقليدي يف التحكم اآليل يؤدي إىل استجابة قاسية لتقلبات قراءات أجهزة االستشعار، مما يتطلب استخدام منطق ممداين الضبايب لتحديد مدة ضخ املغذايت بشكل أكثر سالسة وتكيفا.هتدف هذه الدراسة إىل تطبيق نظام حتكم مغلق يعتمد على متحكمESP32وشبكة إنرتنت كيز املغذايت ومستوى املاء وعمر النبات ابلقيم احلقيقية، إضافة إىل حتليل أداء منطق ممداين الضبايب يف التحكم مباألشياء ملراقبة تردة تشغيل مضخة املغذايت ومضخة املاء النقي.أجريت االختبارات على منوذج أويل خلزان سعة6لرتات مقسم على مرحلتني من النمواخلضري: مرحلة النمو اخلضري املبكر (من اليوم1إىل14كيز املغذايت تبلغ، بقيمة مستهدفة لرت1.3ميكروسيمنز/سم) ومرحلة ذروة النمو اخلضري (من اليوم15إىل30، بقيمة مستهدفة تبلغ1.7كيز احمللول، وجهاز استشميكروسيمنز/سم). يتكامل النظام مع جهاز استشعار لتحديد ترعار موجات فوق صوتية ملستوى املاء، وحدة توقيت عرب اخلادم ملزامنة عمر النبات، ولوحة حتكم عرب املوقع اإللكرتوين للمراقبة عن بعد.أظهرت نتائج معايرة األجهزة أن نسبة اخلطأ يف قراءة جهاز استشعار مستوى املاء بلغت0.47كيز املغذايت% ويف جهاز استشعار تر12.55%. وسجلت مزامنة الوقت فارقا زمنيا مبعدل0.83اثنية. أظهر تقييم أداء املنطق الضبايب على ذاكرةESP32نسبة خطأ يف املنطق بلغت0.47% ملضخة املغذايت و0.08كما سجل اختبار تشغيل املضخات نسبة خطأ يف وقت االستجابة بلغت % ملضخة املاء النقي مقارنة ابحلساابت النظرية.0.49% مع تدفق مستقر مبعدل5.96مل/اثنية.ختلص الدراسة إىل أن دمج منطق ممداين الضبايب مع تقنية إنرتنتاألشياء يف متحكمESP32قادر على التحكم بتغذية نبات الشمام يف الزراعة املائية بدقة عالية وتكيف مناسب وفق مراحل منوه