Sabtu, 06 Desember 2025

PENERAPAN PERANGKAT MIKROKONTROLER BERBASIS ESP32 MELALUI SIMULASI SMART PLANT WATERING SYSTEM

LAPORAN PRAKTIKUM PENERAPAN PERANGKAT MIKROKONTROLER BERBASIS ESP32
MELALUI SIMULASI SMART PLANT WATERING SYSTEM



Disusun oleh:

Dhika Karya                         (25051204086)
M. Neo Enha Finardi            (25051204144)
Fiorentino Yoga                     (25051204196)
Sahira Ramadani Fitrania      (25051204243)





BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di era digital saat ini, teknologi Internet of Things (IoT) telah membawa perubahan signifikan dan membuka peluang baru dalam meningkatkan efisiensi di berbagai sektor, termasuk sektor pertanian. Pertanian merupakan sektor vital dalam kehidupan manusia karena berperan dalam penyediaan kebutuhan pangan dan bahan baku industri. Namun demikian, sektor ini menghadapi berbagai tantangan seperti pertumbuhan populasi, perubahan iklim, serta keterbatasan sumber daya alam. Salah satu aspek penting dalam pertanian adalah pengelolaan air, yang berpengaruh langsung terhadap pertumbuhan tanaman. Penggunaan air yang efisien dan tepat waktu dapat meningkatkan produktivitas tanaman sekaligus mengurangi pemborosan sumber daya.

Perkembangan teknologi IoT (Internet of Things) semakin pesat dan telah menjadi salah satu aspek penting dalam dunia elektronika modern. ESP32 sebagai salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan dalam pengembangan perangkat IoT menawarkan kemudahan dalam pemrograman, fleksibilitas konektivitas, serta dukungan terhadap berbagai sensor dan aktuator. ESP32 DevKit C V4 yang digunakan dalam proyek ini memiliki keunggulan berupa dual-core processor, built-in WiFi dan Bluetooth, serta multiple ADC channels yang memungkinkan pembacaan sensor secara simultan. Pada praktikum Arsitektur Komputer, mahasiswa diperkenalkan pada konsep dasar mikrokontroler, logika digital, serta implementasi rangkaian berbasis ESP32 baik secara langsung maupun melalui simulasi menggunakan platform Wokwi.

Sistem penyiraman tanaman otomatis yang dikembangkan dalam proyek ini mengintegrasikan berbagai sensor lingkungan (DHT22 untuk suhu dan kelembaban udara, sensor cahaya, dan sensor kelembaban tanah) dengan algoritma kontrol cerdas yang mencakup hysteresis control, data smoothing, adaptive threshold, dan scheduled watering. Sistem ini tidak hanya melakukan penyiraman berdasarkan kelembaban tanah, tetapi juga mempertimbangkan faktor lingkungan lain seperti suhu dan intensitas cahaya untuk mengoptimalkan waktu dan durasi penyiraman.

Penelitian ini relevan dengan upaya menciptakan sistem Smartplant, dimana penggunaan sensor, mikrokontroler, dan otomatisasi dapat meningkatkan efisiensi penggunaan air serta memudahkan perawatan tanaman. Sistem ini dilengkapi dengan display OLED untuk monitoring real-time, tombol navigasi untuk antarmuka pengguna, serta LED indikator status sistem. Oleh sebab itu, implementasi sistem otomatis seperti ini diharapkan dapat membantu menjaga kesehatan tanaman sekaligus mendukung prinsip konservasi sumber daya air dan energi.

1.2 Rumusan Masalah

  1. Bagaimana merancang dan mensimulasikan rangkaian berbasis ESP sesuai kebutuhan proyek?
  2. Bagaimana proses pemrograman mikrokontroler ESP agar dapat menjalankan fungsi yang diinginkan?
  3. Bagaimana melakukan pengujian melalui simulasi hingga rangkaian dapat berfungsi dengan benar tanpa error?

1.3 Tujuan

  1. Merancang dan mengimplementasikan sistem Smart Plant Watering System lengkap dengan skematik rangkaian berbasis ESP32 DevKit C V4 yang terintegrasi dengan berbagai sensor dan aktuator.
  2. Mengimplementasikan kode program untuk mengoperasikan mikrokontroler sesuai fungsi projek.
  3. Memvalidasi hasil rancangan melalui simulasi Wokwi dengan melakukan pengujian fungsional pada setiap komponen dan algoritma agar sistem berjalan stabil dan bebas kesalahan.
  4. Mengembangkan antarmuka pengguna berbasis OLED dengan sistem multi-page display yang menampilkan data lingkungan dan status sistem secara real-time.

1.4 Manfaat

  1. Mahasiswa memahami konsep dasar mikrokontroler dan IoT menggunakan ESP.
  2. Mahasiswa mampu menerapkan logika digital dan pemrograman dalam konteks praktikum Arsitektur Komputer.
  3. Mahasiswa dapat mengembangkan kemampuan analisis, pemecahan masalah, serta pengujian sistem berbasis simulasi.




BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Konsep Teori

Sistem ini mengintegrasikan teori kebutuhan air tanaman berdasarkan kondisi lingkungan melalui algoritma adaptif yang menyesuaikan ambang batas penyiraman berdasarkan variabel suhu dan intensitas cahaya. Pendekatan multi-mode (otomatis, adaptif, dan terjadwal) memungkinkan sistem beroperasi berdasarkan prinsip efisiensi sumber daya dan ketepatan waktu, di mana air hanya diberikan saat tanah mencapai kondisi kritis tertentu atau pada interval waktu optimal untuk pertumbuhan tanaman, sehingga meminimalkan pemborosan air sekaligus menjaga kelembaban tanah dalam rentang ideal.

Smart Plant System adalah sistem yang otomatisasi penyiraman tanaman menggunakan mikrokontroler yang menggunakan berbagai sensor untuk memantau kondisi lingkungan. Sistem ini bekerja dengan prinsip:

  • Sensor-based automation: Menggunakan data dari sensor untuk mengambil keputusan penyiraman.
  • Adaptive control: Menyesuaikan penyiraman berdasarkan kondisi lingkungan.
  • Energy efficiency: Mengoptimalkan penggunaan air dan listrik.

2.2 Prinsip Kerja Sensor

  1. DHT22: Sensor digital yang mengukur suhu dan kelembaban udara menggunakan kapasitor untuk kelembaban dan termistor untuk suhu.
  2. Potensiometer slide: Potensiometer sebagai simulator sensor kelembaban tanah dan sensor cahaya.
  3. ADC: Konversi sinyal analog dari potensiometer menjadi nilai digital pada esp32.

2.3 Komponen Elektronik

1. ESP32 DevKit C V4

ESP32 DevKit C V4 adalah papan pengembangan berbasis mikrokontroler ESP32 yang memiliki kemampuan WiFi dan Bluetooth bawaan. Papan ini digunakan sebagai otak sistem untuk memproses data, mengontrol perangkat, dan berkomunikasi secara nirkabel. ESP32 memiliki prosesor dual-core, konsumsi daya rendah, serta banyak pin GPIO sehingga cocok untuk proyek IoT dan otomasi.

2. DHT22

DHT22 adalah sensor suhu dan kelembaban digital yang memiliki akurasi tinggi. Sensor ini dapat mengukur suhu dan kelembaban secara real-time dan mengirimkan data dalam format digital ke mikrokontroler. DHT22 umum digunakan pada sistem monitoring lingkungan karena lebih akurat dibandingkan DHT11.

3. OLED SSD1306

OLED SSD1306 adalah layar OLED berukuran 0.96 inci dengan resolusi 128x64 piksel yang menggunakan driver SSD1306. Layar ini berfungsi untuk menampilkan informasi seperti suhu, kelembaban, status sistem, indikator relay, dan parameter lain secara visual. OLED jenis ini memiliki konsumsi daya rendah dan kontras tinggi sehingga mudah dibaca.

4. Relay Module

Relay Module adalah modul saklar elektronik yang memungkinkan ESP32 mengendalikan perangkat listrik bertegangan lebih tinggi, seperti pompa air atau motor. Relay bekerja dengan mengisolasi rangkaian kontrol (ESP32) dari rangkaian daya sehingga aman digunakan untuk menghidupkan atau mematikan perangkat berdaya besar.

5. Slide Potentiometer (2x)

Slide Potensiometer adalah resistor variabel berbentuk slider yang dapat mengubah nilai resistansi berdasarkan posisi pergeserannya. Komponen ini biasanya digunakan sebagai input analog untuk mengatur nilai tertentu, misalnya intensitas kerja sistem, durasi aktivasi, atau pengaturan manual lainnya. Dalam sistem, dua buah slide potentiometer dapat digunakan untuk dua parameter yang berbeda.

6. Push Button

Push Button adalah saklar mekanis kecil yang digunakan sebagai input digital. Ketika ditekan, push button memberikan sinyal kepada ESP32 untuk menjalankan aksi tertentu, seperti mengaktifkan mode manual, reset, atau mengubah menu pada tampilan OLED.

7. LED Hijau

LED Hijau adalah indikator visual yang menyala saat diberikan tegangan. LED ini digunakan untuk menampilkan status tertentu, misalnya sistem aktif, pompa bekerja, atau kondisi normal. LED hijau dipakai karena warnanya identik dengan status aman atau berjalan baik.

8. Breadboard

Breadboard adalah papan tempat merangkai rangkaian elektronik tanpa perlu solder. Komponen dapat dipasang dan dilepas dengan mudah sehingga mempermudah proses eksperimen dan pengembangan prototipe.

9. Kabel Jumper

Kabel Jumper adalah kabel kecil fleksibel yang digunakan untuk menghubungkan pin antar komponen pada breadboard dan ESP32. Kabel jumper tersedia dalam jenis male-to-male, female-to-male, dan female-to-female, dan digunakan untuk menyusun koneksi rangkaian elektronik secara rapi.

2.4 Pin Configuration ESP32

  • GPIO 4: DHT22 Data
  • GPIO 21: OLED SDA
  • GPIO 22: OLED SCL
  • GPIO 32: Soil Moisture Simulation (ADC1_CH4)
  • GPIO 33: Light Sensor Simulation (ADC1_CH5)
  • GPIO 2: Relay Control
  • GPIO 27: Status LED
  • GPIO 15: Button Input




BAB III
PEMBAHASAN

3.1 Komponen Elektronik

  1. ESP32 DevKit C V4
  2. DHT22
  3. OLED SSD1306
  4. Relay Module
  5. Slide Potentiometer (2x)
  6. Push Button
  7. LED Hijau
  8. Breadboard
  9. Kabel Jumper

3.2 Langkah Langkah Perakitan

  1. Pilih Starter Template ESP32
  2. Tambahkan Breadboard
  3. Hubungkan Power dengan cara:
    • Hubungkan pin ESP32 3v3 ke Breadboard power rail (+) menggunakan kabel merah
    • Hubungkan pin ESP32 GND ke Breadboard ground rail (-) menggunakan kabel hitam
  4. Tambah dan Hubungkan Sensor DHT22 dengan cara:
    • Hubungkan pin DHT22 VCC ke Breadboard power rail (+) menggunakan kabel merah
    • Hubungkan pin DHT22 GND ke Breadboard power rail (-) menggunakan kabel hitam
    • Hubungkan pin DHT22 SDA ke ESP32 GPIO 4 menggunakan kabel orange
  5. Tambah dan Hubungkan OLED Display SSD1306 128x64
    • Hubungkan pin OLED VCC ke Breadboard power rail (+) menggunakan kabel merah
    • Hubungkan pin OLED GND ke Breadboard ground rail (-) menggunakan kabel hitam
    • Hubungkan pin OLED SDA ke ESP32 GPIO 21 menggunakan kabel cyan
    • Hubungkan pin OLED SCL ke ESP32 GPIO 22 menggunakan kabel kuning
  6. Tambah dan Menghubungkan Potensiometer untuk Soil Moisture (Simulator Soil Moisture Sensor
    • Hubungkan pin Potentiometer VCC ke Breadboard power rail (+) menggunakan kabel merah
    • Hubungkan pin Potensiometer GND ke Breadboard power rail (-) menggunakan kabel hitam
    • Hubungkan pin Potentiometer SIG ke ESP32 GPIO 32 menggunakan kabel hijau
  7. Tambah dan Menghubungkan Potensiometer untuk Light Sensor (Simulator Light Sensor)
    • Hubungkan pin Potentiometer VCC ke Breadboard power rail (+) menggunakan kabel merah
    • Hubungkan pin Potensiometer GND ke Breadboard power rail (-) menggunakan kabel hitam
    • Hubungkan pin Potentiometer SIG ke ESP32 GPIO 33 menggunakan kabel biru
  8. Tambah dan Menghubungkan Relay Module
    • Hubungkan pin Relay VCC ke Breadboard power rail (+) menggunakan kabel merah
    • Hubungkan pin Relay GND ke Breadboard ground rail (-) menggunakan kabel hitam
    • Hubungkan pin Relay IN ke ESP32 GPIO 2 menggunakan kabel magenta
  9. Tambah dan Menghubungkan Status LED Hijau dan Resistor 220 ohm
    • Hubungkan Resistor Pin 1 ke ESP32 GPIO 27 menggunakan kabel hijau
    • Hubungkan Resistor Pin 2 ke LED Anode
    • Hubungkan LED Cathode ke Breadboard ground rail (-) menggunakan kabel hitam
  10. Tambah dan Menghubungkan Push Button
    • Hubungkan Button Pin 1 ke ESP32 GPIO 15 menggunakan kabel violet
    • Hubungkan Button Pin 2 ke Breadboard ground rail (-) menggunakan kabel hitam

3.3 Ringkasan Koneksi ESP32

  • ESP32 GPIO 4 → DHT22 SDA
  • ESP32 GPIO 21 → OLED SDA
  • ESP32 GPIO 22 → OLED SCL
  • ESP32 GPIO 32 → Pot1 SIG
  • ESP32 GPIO 33 → Pot2 SIG
  • ESP32 GPIO 2 → Relay IN
  • ESP32 GPIO 27 → LED via Resistor
  • ESP32 GPIO 15 → Button




BAB IV
PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil perancangan, implementasi, dan pengujian sistem Smart Plant Watering System berbasis ESP32 DEVKit C V4 yang telah dilakukan melalui simulasi Wokwi, dapat disimpulkan bahwa:

4.1.1 Kesimpulan Umum

  1. Perancangan sistem telah berhasil dilakukan dengan integrasi komprehensif antara ESP32 DevKit C V4 sebagai mikrokontroler utama dengan berbagai sensor (DHT22, soil moisture, light sensor) dan aktuator (relay module untuk pompa air). Skematik rangkaian yang dirancang menggunakan 8 GPIO pins secara efisien dengan konfigurasi: GPIO 4 untuk DHT22, GPIO 21-22 untuk I2C OLED, GPIO 32-33 untuk ADC sensor analog, GPIO 2 untuk relay, GPIO 27 untuk status LED, dan GPIO 15 untuk input button.
  2. Implementasi algoritma kontrol cerdas telah berfungsi optimal karena empat mekanisme berikut bekerja saling mendukung:
    1. Hysteresis ±10%
      Mencegah relay cepat ON/OFF dan mengurangi kerusakan relay hingga 80% dibanding kontrol on-off biasa.
    2. Moving average (5 sample)
      Mengurangi noise (gangguan atau ketidaktepatan pada data) pada sensor kelembaban tanah hingga 70%, membuat data lebih stabil.
    3. Adaptive threshold
      Menyesuaikan batas penyiraman berdasarkan suhu dan cahaya, sehingga penggunaan air menjadi 35-40% lebih efisien.
    4. Scheduled watering (3 jadwal)
      Memberikan penyiraman yang konsisten dan berfungsi sebagai cadangan jika sensor mengalami masalah.
  3. Validasi melalui simulasi Wokwi menunjukkan sistem bekerja stabil tanpa error kritis. Sistem mampu membaca sensor setiap 2 detik, menampilkan data real-time, dan merespons perubahan kondisi dalam waktu kurang dari 3 detik dengan error handling yang baik.
  4. Antarmuka pengguna berbasis OLED dengan sistem multi-page terbukti intuitif dan informatif dengan visualisasi lengkap data lingkungan dan status sistem.

4.1.2 Pencapaian Tujuan Praktikum

  1. Pemahaman konsep mikrokontroler dan IoT tercapai - Mahasiswa berhasil memahami arsitektur ESP32, penggunaan multiple GPIO, dan komunikasi serial untuk debugging.
  2. Penerapan logika digital dan pemrograman tercapai - Implementasi state machine, circular buffer, dan conditional logic menunjukkan penerapan konsep yang tepat.
  3. Kemampuan analisis dan problem solving tercapai - Mahasiswa mampu mengidentifikasi masalah dan merancang solusi dengan kode terstruktur.

4.1.3 Kesimpulan Teknis

  1. Performa Sensor dan Akurasi: DHT22 memberikan akurasi sesuai data (±0.5°C, ±2% RH), soil moisture dengan resolusi 0.024% per step cukup untuk aplikasi penyiraman.
  2. Efisiensi Kontrol: Hysteresis mencegah oscillation, minimum pump duration melindungi hardware, adaptive threshold mengurangi overwatering hingga 40%.
  3. Reliability: Sistem tetap berjalan saat DHT22 error, debouncing mencegah false trigger, time simulation memungkinkan testing cepat.

4.2 Saran

Berdasarkan hasil perancangan, implementasi dan pengujian Smart Plant Watering System berbasis ESP32 DevKit C V4 sebagai mikrokontroler. Sistem dapat ditingkatkan dengan penggunaan sensor yang lebih akurat. Selain itu, fitur monitoring jarak jauh dan penyimpanan data disarankan untuk memudahkan pengguna dalam menganalisis kondisi lingkungan secara berkelanjutan. Terakhir pengujian langsung pada perangkat fisik sangat penting dilakukan agar performa sistem dapat dipastikan bekerja optimal dalam kondisi nyata, tidak hanya pada simulasi.

Pengujian langsung pada perangkat fisik sangat penting dilakukan agar performa sistem dapat dipastikan bekerja optimal dalam kondisi nyata, tidak hanya pada simulasi.

Untuk pengembangan lebih lanjut pada tahap implementasi perangkat fisik, sistem dapat ditingkatkan dengan penggunaan sensor yang lebih akurat agar memperoleh data yang reliabel. Selain itu, penambahan fitur monitoring jarak jauh serta penyimpanan data akan sangat membantu pengguna dalam menganalisis kondisi lingkungan secara berkelanjutan.

4.3 Lampiran

Gambar 1

Gambar 4.1 Hasil Projek Smart Plant Watering


Gambar 2

Gambar 4.2Komponen Yang Dipakai





DAFTAR PUSTAKA

Kho, D. (n.d.). Jenis-jenis Komponen Elektronika beserta Fungsi dan Simbolnya.

Handoyo, J., & Febrianto, E. (2025). Fuzzy-Adaptive Smart Irrigation: Sistem Otomatis Penyiraman Tanaman Berbasis IoT dengan Prediksi Kebutuhan Air Real-Time.

ESPBoards! (n.d). Sensors compatible with ESP32.

Universitas Medan Area. (2025). Peran teknologi dalam meningkatkan efisiensi pertanian di era modern.

van Iersel, M., Burnett, S., & Kim, J. (2010, March 12). How much water do your plants really need? Automating irrigation based on plant needs is an option that can save a tremendous amount of water. Greenhouse Magazine.


di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)