RANGKAIAN SIMULASI DAN PRINSIP KERJA

 RANGKAIAN SIMULASI DAN PRINSIP KERJA

Rangkaian kontrol aquaponik otomatis ini dirancang untuk menjaga kondisi lingkungan tanaman seledri dan ikan lele tanpa pengawasan manual. Sistem mengandalkan dua sensor utama, yaitu sensor soil moisture digital untuk mendeteksi kondisi kelembaban tanah, dan sensor suhu LM35 untuk memonitor temperatur air kolam. Kedua sensor ini diolah melalui rangkaian op-amp dan transistor agar dapat mengendalikan buzzer dan pompa secara otomatis sesuai kondisi lingkungan.

Rangkaian kontrol kelembaban tanah berfungsi untuk memastikan media tanam seledri tetap berada dalam kondisi lembab. Sensor soil yang digunakan merupakan jenis digital, sehingga keluarannya sudah berupa sinyal HIGH atau LOW sesuai kondisi tanah. Namun, untuk memastikan sinyal tetap stabil dan tidak berubah akibat beban rangkaian, keluaran sensor ini dilewatkan melalui sebuah rangkaian voltage follower berbasis op-amp. Voltage follower berfungsi sebagai buffer agar sinyal digital tidak terpengaruh oleh rangkaian setelahnya. Output buffer kemudian digunakan untuk menentukan apakah pompa harus hidup atau mati. Jika sensor memberikan sinyal LOW (tanah kering), maka pompa air akan aktif untuk membasahi tanah. Sebaliknya, jika sinyal HIGH (tanah basah), pompa tetap mati sehingga penggunaan air lebih efisien.

Rangkaian kontrol suhu air kolam bertugas menjaga kestabilan temperatur agar tetap aman bagi pertumbuhan ikan lele. Sensor LM35 menghasilkan tegangan analog yang sebanding dengan suhu, yaitu 10 mV per derajat Celsius. Tegangan ini kemudian dibandingkan dengan tegangan referensi menggunakan rangkaian komparator op-amp untuk mendeteksi kondisi suhu tinggi. Pada komparator non-inverting, apabila suhu air melebihi batas yang ditentukan, keluaran op-amp berubah menjadi HIGH dan mengaktifkan buzzer sebagai indikator suhu tinggi. Hal ini membantu memberikan peringatan dini agar kolam segera didinginkan.

Secara keseluruhan, rangkaian sistem aquaponik ini terdiri dari dua bagian utama:

1. Kontrol Kelembaban Tanah (Sensor Soil Digital + Voltage Follower)
   Bagian ini mendeteksi kondisi tanah kering atau basah dan mengaktifkan pompa air secara otomatis tanpa komparator tambahan.

2. Deteksi Suhu Air Tinggi (Sensor LM35 + Komparator Non-Inverting)
   Ketika suhu tinggi, komparator mengaktifkan buzzer sebagai alarm.

 

1. Kontrol Kelembaban Tanah (Sensor Soil Digital + Voltage Follower)

Prinsip kerja:

Sensor soil moisture berfungsi untuk mendeteksi tingkat kelembapan tanah berdasarkan perubahan konduktivitas listrik pada media tanam. Sensor ini ditempatkan langsung pada tanah tempat tanaman seledri tumbuh. Ketika tanah dalam kondisi basah, konduktivitas meningkat sehingga sensor memberikan sinyal logika tinggi (sekitar +5 V). Sebaliknya, ketika tanah mengering, konduktivitas menurun dan sensor menghasilkan sinyal logika rendah (0 V).

Sinyal digital dari sensor kemudian dilewatkan melalui rangkaian voltage follower berbasis op-amp 741. Voltage follower digunakan untuk menstabilkan keluaran sensor dan mencegah sensor terbebani oleh rangkaian selanjutnya. Pada rangkaian ini, output op-amp mengikuti besar tegangan input (Vin) tanpa perubahan, tetapi dengan impedansi output yang jauh lebih rendah, sehingga sinyal menjadi lebih kuat dan stabil.

Ketika tanah masih basah, sensor memberikan tegangan tinggi (HIGH). Tegangan ini diteruskan oleh voltage follower dan menjadi Vin > 0,6 V, sehingga transistor NPN pada rangkaian kontrol tetap aktif memutuskan aliran pompa, menyebabkan pompa berada pada kondisi mati karena tidak diperlukan penyiraman. Namun, saat tanah mulai mengering, keluaran sensor berubah menjadi rendah (0 V). Voltage follower akan mengeluarkan tegangan rendah pula, menyebabkan basis transistor berada di bawah tegangan ambang 0,6 V. Dengan demikian transistor menjadi off dan rangkaian driver akan mengaktifkan pompa air melalui relay untuk mulai melakukan penyiraman hingga tanah kembali lembab.

Melalui mekanisme ini, sistem mampu mempertahankan kelembapan tanah secara otomatis dan efisien. Tanah tidak akan terlalu kering maupun terlalu basah, dan energi listrik digunakan hanya ketika diperlukan. Rangkaian voltage follower memastikan pembacaan sensor tetap akurat meskipun terhubung dengan rangkaian kontrol lainnya.

2. Deteksi Suhu Air Tinggi (Sensor LM35 + Komparator Non-Inverting)

Prinsip kerja:

Rangkaian deteksi suhu air tinggi ini berfungsi untuk memberikan peringatan otomatis ketika suhu air dalam tangki melebihi batas aman. Sistem menggunakan sensor suhu LM35, yaitu sensor analog yang menghasilkan tegangan keluaran sebesar 10 mV per 1°C. Dengan karakteristik ini, pada suhu 30°C, sensor menghasilkan tegangan sekitar 0,30 V. Tegangan ini kemudian dibandingkan dengan tegangan referensi (Vref) pada rangkaian komparator non-inverting berbasis op-amp 741.

Pada saat suhu air di bawah 30°C, tegangan keluaran LM35 (Vin) masih lebih rendah dibandingkan Vref. Kondisi Vin < Vref membuat output op-amp berada pada level rendah (0 V). Dengan output op-amp yang rendah, transistor driver tidak mendapat tegangan basis sehingga tetap OFF, dan buzzer sebagai indikator suhu tinggi juga berada dalam keadaan mati. Pada kondisi ini, sistem mengindikasikan bahwa suhu air masih aman.

Ketika suhu air meningkat hingga melewati 30°C, tegangan keluaran LM35 naik dan menjadi lebih besar dari tegangan referensi. Pada kondisi Vin > Vref, output op-amp berubah menjadi HIGH (+5 V atau +12 V). Tegangan ini diberikan ke basis transistor, sehingga transistor masuk keadaan aktif (ON). Ketika transistor aktif, arus dapat mengalir dari kolektor ke emitor dan buzzer mendapatkan suplai tegangan untuk menyala (aktif). Bunyi buzzer menandakan bahwa suhu air telah mencapai batas tinggi yang berpotensi membahayakan sistem aquaponik.

Melalui mekanisme ini, rangkaian mampu memberikan peringatan suhu tinggi secara otomatis, sehingga menjaga kondisi ekosistem aquaponik tetap aman, baik untuk tanaman seledri maupun ikan lele, tanpa perlu pemantauan langsung.