Sistem Deteksi Kematangan Kompos Pintar Berbasis ESP32 dengan Simulasi Wokwi

LAPORAN PRAKTIKUM INTERNET OF THINGS (IOT)

Sistem Deteksi Kematangan Kompos Pintar Berbasis ESP32 dengan Simulasi Wokwi

Disusun Oleh:

Athallah Firmansyah	24051204136
Dave Osvaldo Adris	24051204172
Arsena Cahya Fioralle	24051204190
M. Ai-Bee Tazkyan N	24051204212

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK INFORMATIKA

2026

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi memungkinkan berbagai perangkat elektronik saling terhubung dan bertukar data secara otomatis. Di sektor pertanian, teknologi ini menjadi solusi inovatif, salah satunya pada proses pengolahan limbah organik menjadi pupuk kompos. Kualitas kompos sangat bergantung pada kinerja mikroorganisme dekomposer, yang membutuhkan kondisi lingkungan ideal, khususnya terkait kestabilan suhu dan kelembapan.

Pada fase fermentasi aktif, aktivitas bakteri akan membuat suhu kompos meningkat drastis. Seiring dengan matangnya kompos, suhu tersebut akan berangsur turun mendekati suhu ruangan. Selama ini, pemantauan parameter tersebut seringkali dilakukan secara manual. Metode ini dinilai kurang efektif, menyita waktu, dan rentan terhadap ketidakakuratan yang dapat menyebabkan kegagalan proses dekomposisi. Oleh karena itu, diperlukan sistem pemantauan otomatis untuk mempermudah identifikasi fase-fase pengomposan secara presisi tanpa harus melakukan pengecekan fisik secara terus-menerus.

Sebagai solusi atas permasalahan tersebut, proyek ini merancang purwarupa Smart Compost Monitor berbasis mikrokontroler ESP32. Sistem ini diintegrasikan dengan sensor cerdas untuk membaca suhu dan kelembapan secara langsung. Data pembacaan kemudian ditampilkan melalui antarmuka LCD, dilengkapi dengan indikator visual berupa LED yang bertindak sebagai sistem peringatan dini. Melalui otomatisasi ini, pengguna dapat dengan mudah memantau kondisi lingkungan kompos dan mengetahui status kesiapan panen secara akurat.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka rumusan masalah dalam pembuatan alat dan penyusunan laporan ini adalah:

1. Bagaimana merancang dan membangun purwarupa (prototype) sistem Smart Compost Monitor berbasis mikrokontroler ESP32?

2. Bagaimana sistem dapat membaca dan menampilkan parameter suhu serta kelembapan tumpukan kompos secara real-time pada layar LCD?

3. Bagaimana sistem dapat memberikan indikasi visual secara otomatis untuk mengidentifikasi fase kematangan kompos hingga status kompos siap panen?

1.3 Tujuan Laporan

Tujuan dari pembuatan alat dan penulisan laporan ini adalah sebagai berikut:

1. Merancang dan merealisasikan purwarupa Smart Compost Monitor menggunakan mikrokontroler ESP32 yang terintegrasi dengan sensor suhu dan kelembapan.

2. Mengimplementasikan antarmuka pemantauan menggunakan LCD untuk memudahkan pembacaan parameter lingkungan kompos.

3. Membangun sistem indikator visual untuk mempermudah identifikasi masa fermentasi aktif dan menentukan waktu yang tepat bahwa kompos siap dipanen.

1.4 Manfaat Penulisan

Manfaat yang diharapkan dari pembuatan purwarupa dan penyusunan laporan ini meliputi:

1. Bagi Penulis: Menjadi wadah untuk mengaplikasikan ilmu terkait mikrokontroler, sensor, dan teknologi Internet of Things (IoT) dalam merancang solusi otomatisasi yang bermanfaat di bidang pertanian dan pengolahan limbah.

2. Bagi Pengguna (Petani/Pembuat Kompos): Memberikan kemudahan dan efisiensi waktu dalam memantau proses pembuatan kompos, karena pengguna tidak perlu lagi melakukan pengecekan suhu dan kelembapan secara manual atau menebak fase kematangan kompos.

3. Bagi Lingkungan: Mendukung proses pengolahan limbah organik menjadi pupuk yang lebih efisien dan berkualitas, di mana pemantauan yang tepat akan menghasilkan lingkungan kerja mikroorganisme yang optimal sehingga mencegah kegagalan dekomposisi.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

Pengomposan merupakan proses perubahan material organik oleh mikroorganisme dalam kondisi lingkungan yang terkontrol. Kualitas kompos yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh dua parameter utama lingkungan mikronya, yaitu suhu dan kelembapan. Secara alami, proses pengomposan melewati fase termofilik di mana bakteri aktif mengurai material sehingga suhu tumpukan bisa meningkat tajam (bisa mencapai 50°C - 70°C). Setelah material terurai, suhu akan berangsur turun menuju fase pematangan (suhu ruangan). Selain itu, tingkat kelembapan ideal umumnya berada pada rentang 40% - 60%. Kondisi yang terlalu kering akan mematikan mikroorganisme, sedangkan terlalu basah dapat memicu kondisi anaerob yang menghasilkan bau tidak sedap dan memperlambat dekomposisi.

Penerapan Internet of Things (IoT) dan embedded system dalam pemantauan kompos hadir untuk menggantikan metode pengecekan fisik yang manual. Dengan memanfaatkan mikrokontroler sebagai pusat pemrosesan, data dari sensor lingkungan diolah secara konstan. Apabila mikrokontroler mendeteksi nilai parameter yang mendekati titik keseimbangan ideal kompos matang, sistem akan memicu aktuator visual untuk memberikan indikasi bahwa pupuk telah siap digunakan, sehingga meningkatkan efisiensi waktu dan tenaga petani.

2.2 Komponen

2.2.1 Mikrokontroler ESP32

ESP32 adalah mikrokontroler System on a Chip (SoC) yang memiliki fitur konektivitas WiFi dan Bluetooth bawaan, serta arsitektur dual-core. Dalam konteks pembacaan sensor analog, ESP32 dilengkapi dengan Analog-to-Digital Converter (ADC) beresolusi 12-bit. Resolusi ini memungkinkan mikrokontroler memetakan tegangan input analog (0 - 3.3V) dari sensor kelembapan tanah atau potensiometer menjadi nilai digital diskrit dari rentang 0 hingga 4095, yang kemudian dikonversi menjadi persentase kelembapan.

2.2.2 Sensor DHT22

DHT22 adalah sensor digital presisi untuk mengukur suhu dan kelembapan udara relatif. Sensor ini menggunakan thermistor untuk mengukur suhu dan sensor kapasitif untuk kelembapan. Berbeda dengan sensor analog, DHT22 dilengkapi dengan chip internal yang melakukan konversi data secara mandiri, sehingga output yang dikirimkan ke pin GPIO mikrokontroler sudah berupa sinyal digital yang meminimalisir gangguan (noise) eksternal.

2.2.3 Potensiometer (Pengganti Simulator Sensor Kelembapan)  

Dalam purwarupa simulasi ini, potensiometer bertindak sebagai representasi dari sensor analog pembaca kelembapan material. Komponen ini memberikan variasi nilai tegangan (input analog) yang dikonversi oleh fitur Analog-to-Digital Converter (ADC) pada ESP32, untuk menyimulasikan tingkat basah atau keringnya tumpukan kompos.

2.2.4 LCD (16x2) I2C   

Liquid Crystal Display (LCD) 16x2 adalah layar antarmuka elektronik yang mampu menyajikan informasi sebanyak 16 karakter dalam 2 baris. Modul ini dilengkapi dengan backpack I2C yang berfungsi mereduksi kebutuhan kabel menjadi hanya dua jalur komunikasi data (SDA dan SCL). Layar ini bertugas menyajikan pemantauan visual real-time mengenai nilai Suhu (T), Kelembapan (M), dan pesan teks status kesiapan panen.

2.2.5 LCD (16x2) I2C   

Lampu LED (Light Emitting Diode) berfungsi sebagai aktuator indikator visual atau sistem peringatan dini (early warning system). Terdiri dari tiga warna (Merah, Kuning, Hijau) yang mewakili status kondisi kompos. Misalnya, LED Hijau menyala untuk mengindikasikan bahwa kondisi suhu dan kelembapan berada pada rentang yang optimal dan kompos siap panen, sedangkan warna lain menyala jika kondisi terlalu ekstrem (terlalu panas atau terlalu basah).

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Rangkaian Simulasi

3.1.1 Mikrokontroler ESP32

Perakitan antarmuka perangkat keras virtual dilakukan dengan memetakan koneksi antar komponen menuju pin General Purpose Input/Output (GPIO) pada board mikrokontroler ESP32. Konfigurasi pengkabelan  disusun secara sistematis berdasarkan fungsi masing-masing pin sebagai berikut:

1. Sensor DHT22 (Suhu): Pin data digital dari sensor DHT22 dihubungkan ke pin GPIO 15. Pin ini bertugas menerima pulsa sinyal digital yang berisi informasi suhu udara di sekitar kompos.

2. Potensiometer (Kelembapan): Bertindak sebagai simulator sensor kelembapan tanah, pin output sinyal analognya dihubungkan ke GPIO 34. Pemilihan pin ini didasarkan pada fungsinya yang mendukung fitur Analog-to-Digital Converter (ADC) untuk mengkonversi nilai tegangan menjadi data persentase kelembapan.

3. Modul LCD 16x2 I2C: Untuk menghemat ketersediaan pin pada ESP32, antarmuka layar menggunakan protokol komunikasi Inter-Integrated Circuit (I2C). Pin Serial Data (SDA) dihubungkan ke GPIO 21, sedangkan pin Serial Clock (SCL) dihubungkan ke GPIO 22.

4. LED Indikator: Bertindak sebagai output peringatan visual, masing-masing anoda LED dihubungkan ke pin digital: LED Merah ke GPIO 5, LED Kuning ke GPIO 18, dan LED Hijau ke GPIO 19.

3.1.1 Mikrokontroler ESP32

Secara algoritma, sistem beroperasi dengan membaca input kondisi lingkungan secara terus-menerus (looping). Mikrokontroler ESP32 akan mengekstraksi data suhu (T) dari DHT22 dan data kelembapan (M) dari potensiometer. Data tersebut langsung divisualisasikan pada baris pertama layar LCD (misalnya: T:28.2C M:56%).

Sistem menggunakan logika kondisional (if-else) berdasarkan nilai ambang batas (threshold) kematangan kompos:

1. Kondisi Ideal (Siap Panen): Jika suhu terdeteksi normal (misalnya di bawah 30°C) dan tingkat kelembapan berada pada rentang ideal (misalnya 40% - 60%), mikrokontroler akan mencetak teks "Siap Panen!" pada baris kedua LCD dan mengirimkan sinyal HIGH ke GPIO 19 untuk menyalakan LED Hijau.

2. Kondisi Peringatan/Aktif: Jika suhu masih tinggi atau kelembapan di luar batas optimal, LCD akan menampilkan status "Fermentasi" atau "Periksa Kompos", mematikan LED Hijau, dan mengaktifkan LED Kuning atau LED Merah sebagai indikasi bahwa kompos masih dalam proses atau membutuhkan intervensi (seperti penyiraman atau pembalikan).

Gambar 3.1. Tampilan simulasi rangkaian pada Wokwi

3.2 Program

Berikut adalah struktur kode program yang digunakan dalam simulasi:

#include <Wire.h>

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

#include <DHT.h>

#define DHTPIN 15

#define DHTTYPE DHT22

#define POT_PIN 34

#define LED_MERAH 12

#define LED_KUNING 13

#define LED_HIJAU 14

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

void setup() {

Serial.begin(115200);

pinMode(LED_MERAH, OUTPUT);

pinMode(LED_KUNING, OUTPUT);

pinMode(LED_HIJAU, OUTPUT);

dht.begin();

lcd.init();

lcd.backlight();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("Sistem Kompos");

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("Memulai...");

delay(2000);

lcd.clear();

}

void loop() {

float suhu = dht.readTemperature();

int nilaiPot = analogRead(POT_PIN);

int kelembapanKompos = map(nilaiPot, 0, 4095, 0, 100);

if (isnan(suhu)) {

Serial.println("Gagal membaca dari sensor DHT!");

return;

}

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("T:");

lcd.print(suhu, 1);

lcd.print("C M:");

lcd.print(kelembapanKompos);

lcd.print("% ");

lcd.setCursor(0, 1);

if (suhu > 45.0) {

lcd.print("Proses Aktif ");

nyalakanLED(HIGH, LOW, LOW);
}
else if (suhu >= 35.0 && suhu <= 45.0) {

lcd.print("Fase Curing ");

nyalakanLED(LOW, HIGH, LOW);
}

else {

if (kelembapanKompos >= 40 && kelembapanKompos <= 60) {

lcd.print("Siap Panen! ");

nyalakanLED(LOW, LOW, HIGH);

} else {

lcd.print("Cek Kelembapan! ");

nyalakanLED(HIGH, LOW, LOW);

}

}

delay(2000);
}
void nyalakanLED(int merah, int kuning, int hijau) {

digitalWrite(LED_MERAH, merah);

digitalWrite(LED_KUNING, kuning);

digitalWrite(LED_HIJAU, hijau);
}

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Sistem deteksi kematangan kompos berbasis ESP32 berhasil disimulasikan menggunakan platform Wokwi, dengan hasil pembacaan sensor dan transisi indikator (layar LCD dan LED) yang bekerja secara akurat sesuai dengan logika ambang batas (threshold). Sistem mampu membedakan dan mengklasifikasikan proses pengomposan ke dalam tiga fase utama secara otomatis (Fase Aktif, Fase Curing, dan Siap Panen) berdasarkan kombinasi nilai suhu ruang dan kelembapan material.

4.2 Saran

Sistem ini dapat menjadi dasar untuk pengembangan IoT yang sesungguhnya, misalnya dengan menambahkan modul pengiriman data ke platform cloud (seperti ThingSpeak atau Blynk) agar status kompos dapat dipantau melalui aplikasi smartphone. 

Pengujian menggunakan perangkat keras fisik sangat disarankan, yaitu mengganti potensiometer dengan Soil Moisture Sensor yang nyata, serta menambahkan aktuator seperti penyiram otomatis atau exhaust fan untuk menjaga suhu dan kelembapan kompos tetap stabil secara otomatis.

DAFTAR PUSTAKA

Espressif Systems. (2024). ESP32 Series Datasheet. Diakses dari https://www.espressif.com/en/products/socs/esp32

Aosong Electronics. (n.d.). Digital temperature and humidity sensor AM2302/DHT22 Product Manual. Adafruit Industries. Diakses dari https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/Digital+humidity+and+temperature+sensor+AM2302.pdf

Wokwi. (2024). Wokwi Documentation - ESP32 Simulator. Diakses dari https://docs.wokwi.com/

Arduino. (2024). LiquidCrystal_I2C Library Reference. Diakses dari https://github.com/johnrickman/LiquidCrystal_I2C

Food and Agriculture Organization (FAO). (2003). On-farm composting methods. Rome: FAO. (Bab 2: The Composting Process). Diakses dari https://www.fao.org/3/y5104e/y5104e05.htm