Sistem Kontrol pH dan Nutrisi pada Smart Akuaponik Berbasis IoT Menggunakan Metode Threshold-Based Control

DAFTAR ISI
1. Judul
2. Abstrak
3. Pendahuluan
4. Studi Literatur & Tabulasi
5. Metodologi Penelitian
6. Daftar Pustaka
7. Video Presentasi
8. Download File

1. Judul

2. Abstrak

Judul	Sistem Kontrol pH dan Nutrisi pada Smart Akuaponik Berbasis IoT Menggunakan Metode Threshold-Based Control	Fazlul Naufal Jedtry
Program Studi	Teknik Elektro	2310953013
Fakultas Teknik Universitas Andalas
Abstrak Budidaya akuaponik secara konvensional menghadapi tantangan serius berupa ketidakstabilan derajat keasaman (pH) larutan hara pasca filtrasi serta keterbatasan sistem pemantauan manual yang rentan terhadap kelalaian operator. Kondisi tersebut berpotensi menyebabkan stres pada ikan, hambatan pertumbuhan tanaman, hingga kegagalan ekosistem secara menyeluruh. Penelitian ini bertujuan merancang dan membangun sistem kontrol serta pemantauan Smart Aquaponik berbasis Internet of Things (IoT) menggunakan metode Threshold-Based Control. Sistem ini mengintegrasikan mikrokontroler STM32F407 sebagai unit kendali utama yang mengeksekusi logika kontrol otomatis berdasarkan nilai ambang batas parameter, serta Raspberry Pi 4 sebagai gateway IoT untuk transmisi data menuju platform cloud secara nirkabel. Parameter yang dikendalikan meliputi derajat keasaman (pH), kepekatan nutrisi (TDS/PPM), suhu dan kelembapan udara, serta level ketinggian air kolam. Penelitian menggunakan metode Research and Development (R&D) dengan pendekatan model prototipe iteratif yang mencakup tahap identifikasi masalah, perancangan, implementasi, serta pengujian dan analisis. Hasil pengujian menunjukkan sistem mampu beroperasi secara otomatis selama 24 jam dan merespons perubahan parameter secara real-time, sehingga efektif meminimalkan risiko kegagalan budidaya akibat kesalahan manusia (human error). *Kata kunci : Akuaponik, IoT, Threshold-Based Control, STM32F407, Raspberry Pi 4, pH, TDS*

3. Pendahuluan

latar belakang

Akuaponik merupakan sistem pertanian berkelanjutan yang mengintegrasikan budidaya ikan dan tanaman dalam satu ekosistem resirkulasi air, menjadi solusi strategis di tengah penyusutan lahan perkotaan dan ketidakefisienan metode konvensional dengan keunggulan hemat air hingga 97% [1], [2], [3]. Sistem ini menghadapi tantangan serius berupa ketidakstabilan pH, ketidakseimbangan nutrisi (TDS), dan akumulasi amonia yang berisiko menyebabkan ikan stres, tanaman kerdil, hingga kegagalan sistem (collapse) [2], [4], [5]. Masalah teknis utama terletak pada proses pemantauan yang masih manual, tidak real-time, dan mengandalkan intuisi, sehingga respon terhadap perubahan kondisi sangat lambat dengan risiko human error yang tinggi[2], [6]. Kondisi ini menciptakan urgensi untuk mengimplementasikan teknologi Smart Farming berbasis IoT guna menjamin ketahanan pangan mandiri yang scalable dan mampu beroperasi 24 jam demi menjaga stabilitas parameter air secara otomatis serta presisi [1], [6].

Penerapan teknologi Internet of Things (IoT) dalam mengotomatisasi sistem akuaponik telah menjadi fokus utama dalam berbagai studi terdahulu guna meminimalisir intervensi manual yang tidak akurat. Salah satu referensi penelitian sebelumnya merancang sistem kontrol pH dan suhu air berbasis mikrokontroler ESP32 yang menggunakan aplikasi Telegram sebagai media pengiriman notifikasi kondisi kritis secara real-time [4]. Referensi berikutnya meneliti mengenai rancang bangun sistem monitoring parameter pH, suhu, dan TDS berbasis Rule-Based yang diintegrasikan dengan platform website untuk memudahkan pemantauan hara tanaman secara kontinu[1] . Referensi selanjutnya mengkaji penggunaan teknologi IoT untuk pemantauan kualitas air otomatis menggunakan platform ThingSpeak yang dilengkapi dengan sensor warna untuk meninjau kesehatan tanaman serta modul RTC untuk penjadwalan pemberian pakan[2] .

Metode Threshold-Based Control merupakan sistem kendali yang beroperasi berdasarkan nilai ambang batas (set point) sistematis, di mana aktuator hanya akan teraktivasi apabila hasil pembacaan sensor berada di luar rentang parameter hara yang optimal [7] [8] [9]. Pendekatan ini lebih efisien secara operasional dibanding penjadwalan RTC yang berbasis interval waktu statis tanpa mempertimbangkan kondisi aktual, serta lebih lugas dibandingkan logika fuzzy yang memerlukan komputasi lebih kompleks [4], [10] . Melalui integrasi IoT, metode ini mampu memberikan respons otomatis secara real-time selama 24 jam guna memitigasi keterbatasan pemantauan manual dan meminimalisasi risiko human error [4] .

Berdasarkan uraian tersebut, penelitian ini mengusulkan sebuah solusi otomatisasi melalui Tugas Akhir berjudul “Sistem Kontrol pH dan Nutrisi pada Smart Akuaponik Berbasis IoT Menggunakan Metode Threshold-Based Control”. Sistem ini dirancang untuk meregulasi stabilitas derajat keasaman (pH) dan kepekatan nutrisi secara otomatis dengan mengimplementasikan metode Threshold-Based Control, di mana pemompaan larutan asam-basa atau nutrisi hanya akan teraktivasi apabila hasil pembacaan sensor berada di luar rentang nilai ambang batas (set point) yang telah ditetapkan secara sistematis [7] [1]. Melalui integrasi teknologi Internet of Things (IoT), inovasi ini diharapkan tidak hanya mampu memitigasi inefisiensi pemantauan manual dan risiko human error, tetapi juga menjamin keberlanjutan ekosistem akuaponik yang mandiri dan produktif guna mendukung strategi ketahanan pangan mandiri di wilayah perkotaan dalam jangka panjang [3] [10].

rumusan masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan di atas, rumusan masalah yang didapatkan adalah :

1. Bagaimana merancang dan membangun sistem kontrol pH serta nutrisi otomatis pada smart akuaponik berbasis IoT secara real-time?

2. Bagaimana mengimplementasikan metode Threshold-Based Control untuk menjaga stabilitas pH dan kepekatan nutrisi berdasarkan set point?

3. Bagaimana efektivitas dan akurasi sistem berbasis IoT ini dalam menjaga kualitas air serta meminimalisasi human error?

4. Bagaimana respons sistem dalam mengotomatisasi pemberian nutrisi yang presisi sesuai dengan fase pertumbuhan tanaman selada?

tujuan penelitian

Tujuan penelitian dari tugas akhir ini adalah :

1. Merancang arsitektur sistem kontrol pH dan nutrisi smart akuaponik berbasis IoT untuk pemantauan kualitas air secara real-time.

2. Mendapatkan mekanisme kontrol otomatis berbasis Threshold-Based Control yang presisi dalam menjaga stabilitas pH dan nutrisi sesuai set point.

3. Mendapatkan data efektivitas dan akurasi sistem dalam menjaga parameter air guna memitigasi risiko kegagalan akibat human error.

4. Membandingkan dengan penelitian sebelumnya.

4. Studi Literatur & Tabulasi

No	Penulis & Tahun	Judul Artikel / Sumber	Metode / Teknologi	Kontribusi Utama / Fokus
1	Umar dkk. (2024)	Rancang Bangun Sistem Kontrol dan Monitoring pH, Suhu Air dan TDS pada Sistem Akuaponik Berbasis IoT	ESP32, Cloud Antares, Rule-Based Control	Keberhasilan kontrol parameter nutrisi 100% dan monitoring via web.
2	Pramana dkk. (2025)	Teknologi Pemberian Nutrisi Ikan Lele dan Tanaman Kangkung pada Sistem Aquaponik Menggunakan Teknologi IoT	ESP32, ThingSpeak, RTC DS3231	Integrasi monitoring pH/suhu dengan penjadwalan pakan otomatis via servo.
3	Shobihah dkk. (2022)	Produktivitas Budidaya Ikan dalam Berbagai Konstruksi Sistem Akuaponik (Review)	Studi Literatur Eksploratif	Konstruksi NFT/DFT terbukti paling efektif mereduksi amonia berbahaya.
4	Widyadari & Sultoni (2026)	Implementasi Sistem Kontrol dan Monitoring PH dan Suhu Air Pada Sistem Smart Aquaponic Berbasis ESP32	ESP32, Telegram Bot, RAS	Akurasi sensor pH mencapai 92-95% dengan notifikasi real-time via Telegram.
5	Fikri (2022)	Pengaruh Nutrisi Bagi Pertumbuhan Tanaman	Eksperimental Terkontrol	Data dampak kekurangan unsur hara mikro terhadap kegagalan vegetatif.
6	Ashari & Mujianto (2025)	Implementasi IoT dan Fuzzy Mamdani untuk Pengendalian pH dan Nutrisi dalam Pertanian Hidroponik	Arduino Uno, Blynk, Fuzzy Mamdani	Akurasi pengukuran pH sangat tinggi (98,93%) melalui logika cerdas.
7	Hidayanti dkk. (2019)	Implementasi Panel Surya Sebagai Sumber Energi pada Sistem Kendali pH dan Nutrisi	Panel Surya 50 WP, Aki, IoT	Kemandirian energi surya untuk operasional sistem kendali nutrisi mandiri.
8	Winata (2021)	Perancangan Sistem BCI Menggunakan Metode Threshold	Threshold-Based Control	Dasar logika kendali ambang batas untuk pengambilan keputusan otomatis.
9	Juwiantho & Gregoryan (2019)	Sistem Kontrol dan Monitoring Ph Air serta Kepekatan Nutrisi pada Hidroponik DFT	Teknik DFT, Sensor pH/TDS	Pengendalian hara presisi pada sistem DFT melalui dashboard website.
10	Mas’ud & Astutik (2026)	Rancang Bangun Sistem Monitoring dan Kontrol Akuaponik Berbasis IoT	ESP32-S3, HTTP POST, Logika Fuzzy	Fokus pada manajemen data sensor melalui arsitektur IoT yang responsif.
11	Aziezah dkk. (2023)	Sipekernik: Sistem Pemantau Kekeruhan Air dan Pengairan pada Akuaponik	Sensor Turbidity, Water Level	Sirkulasi air otomatis berdasarkan tingkat kekeruhan visual kolam ikan.
12	Farid dkk. (2021)	Pemanfaatan Lahan Perkotaan Untuk Aplikasi Budidaya Ikan Gabus Dengan Sistem Akuaponik	Akuaponik Ikan Gabus	Standar padat tebar (50 ekor/m²) dan pH ideal (6,5-9) bagi ikan gabus.
13	Doni & Rahman (2020)	Sistem Monitoring Tanaman Hidroponik Berbasis IoT Menggunakan NodeMCU ESP8266	NodeMCU, ESP8266, IoT	Monitoring suhu dan kelembapan udara untuk optimasi pertumbuhan selada.
14	Al Husaini dkk. (2021)	Otomatisasi Monitoring Metode Budidaya Hidroponik Berbasis Android MQTT dan Tenaga Surya	Android MQTT, Panel Surya	Efisiensi transmisi data protokol MQTT pada sistem bertenaga surya.
15	Ridha dkk. (2025)	Monitoring dan Pengendalian Sistem Hidroponik DFT Menggunakan Metode Rule Based	ESP32, Rule Based, DFT	Logika "jika-maka" untuk aktivasi pompa asam/basa secara otomatis.
16	Suprijadi dkk. (2009)	Sistem Kontrol Nutrisi Hidroponik Dengan Menggunakan Logika Fuzzy	Logika Fuzzy, Sistem NFT	Penyesuaian hara otomatis yang disesuaikan dengan fase pertumbuhan tanaman.
17	Dodo & Lukman (2021)	Pengaruh Pemberian Nutrisi Cair AB Mix dan Media Tanam Terhadap Tanaman Selada	Eksperimental, Teknik DFT	Konsentrasi AB Mix 1200 ppm memberikan hasil biomassa selada terbaik.
18	Ibadarrohman dkk. (2018)	Sistem Kontrol dan Monitoring Hidroponik berbasis Android	Android, Arduino Uno	Kendali pompa dan pemantauan parameter hara jarak jauh melalui ponsel.
19	Harsela (2022)	Sistem Hidroponik Menggunakan NFT Untuk Produksi dan Hasil Tanaman Selada	Kualitatif, Teknik NFT	Analisis fase pertumbuhan vegetatif selada pada aliran air nutrisi dangkal.
20	Rafidah & Wagyana (2020)	Rancang Bangun Sistem Pemantau Nutrisi Berbasis Modul Long Range (LoRa)	Modul LoRa, Gateway	Transmisi data nutrisi jarak jauh tanpa ketergantungan pada koneksi WiFi.
21	Alam & Nasuha (2020)	Sistem Pengendali pH Air menggunakan Fuzzy Logic berbasis IoT	NodeMCU, Blynk, Fuzzy Logic	Mitigasi kerusakan akar akibat pH ekstrim (pH 2-3) dalam hitungan detik.
22	Utama dkk. (2023)	Sistem Pemantau dan Pengontrol Suhu dan pH Air Otomatis pada Budidaya Ikan Gabus	Arduino Uno, WiFi ESP8266	Penentuan parameter ideal ikan gabus: suhu 25-32°C dan pH 4.5-6.
23	Dinata dkk. (2023)	Pemanfaatan Lahan dengan Hidroponik serta Penerapan Ekonomi Kreatif di Medokan Ayu	Pemberdayaan Masyarakat	Solusi ketahanan pangan melalui sistem hidroponik di lahan sempit.
24	Salawa dkk. (2023)	Perlakuan Nutrisi dan Media Tanam Untuk Meningkatkan Pertumbuhan Bawang Merah	Eksperimental Pertanian	Optimasi media arang sekam dan cocopeat untuk budidaya sistem air.
25	Ningtias dkk. (2021)	Rancang Bangun Sistem Pemantauan Hidroponik Secara Vertikal pada Kangkung	IoT, Sistem Vertikal	Pemantauan nutrisi pada model tanam bertingkat untuk penghematan lahan.
26	Rachmini dkk. (2025)	Rancang Bangun Smart-Ponik Untuk Automatisasi Tanaman Berbasis IoT dengan Protokol MQTT	Arduino R4, MQTT, R&D	Evaluasi protokol MQTT dengan latensi sangat rendah (0 detik).
27	Handi (2018)	Sistem Pemantauan Menggunakan Blynk Dan Pengendalian Penyiraman Jamur dengan Logika Fuzzy	NodeMCU, Blynk, Fuzzy Sugeno	Monitoring mikroklimat (suhu/lembab) dengan mekanisme pengkabutan otomatis.
28	Joshuandi Putra (2023)	Rancang Bangun Alat Monitoring Pengisian Air Otomatis Berbasis IoT	ESP32, Ultrasonik, Blynk	Menjaga stabilitas volume air tandon secara otomatis melalui notifikasi IoT.
29	Dhrubo & Qayum (2025)	STM32-Based IoT Framework for Real-Time Environmental Monitoring	STM32, Wireless Node Sync	Kerangka kerja IoT real-time yang stabil menggunakan arsitektur mikrokontroler STM32.
30	STMicroelectronics (2026)	UM1472 User manual: Discovery kit with STM32F407VG MCU	Data Teknis (Datasheet)	Spesifikasi inti ARM Cortex-M4 168 MHz sebagai pusat kendali utama.
31	Raspberry Pi Ltd (2026)	Raspberry Pi 4 Model B Product Brief	Data Teknis (Datasheet)	Spesifikasi CPU quad-core 1,8 GHz sebagai gateway IoT performa tinggi.
32	Nayyar (2025)	STM32-based IoT Monitoring System for an Indoor Plant	STM32, IoT Cloud	Implementasi STM32 untuk pemrosesan data sensor tanaman dalam ruangan.
33	Arduino (2026)	How to use a PH probe and sensor	Dokumentasi Teknis	Panduan kalibrasi dan kompensasi suhu untuk akurasi pembacaan probe pH.
34	Liu (2026)	Digital-output Relative Humidity & Temperature Sensor DHT22	Data Teknis (Datasheet)	Karakteristik sensor digital dengan akurasi tinggi (±0,5°C) untuk iklim mikro.
35	DFRobot (2018)	Gravity: Analog TDS Sensor for Arduino (SEN0244)	Data Teknis (Datasheet)	Pengukuran mineral hara air menggunakan sinyal eksitasi AC anti-polarisasi.
36	Multicomp (2012)	Float Sensor Specifications: Magnetic Level Sensor Series	Data Teknis (Datasheet)	Mekanisme reed switch magnetik untuk proteksi pompa dan level air kolam.

5. Metodologi Penelitian

5.1 Alur Penelitian (Metode Pengembangan Sistem)

Gambar 3.1 Flowchart Alur Penelitian

Penelitian ini menggunakan metode Research and Development (R&D) dengan pendekatan model prototipe iteratif, yang terdiri atas lima tahap utama: identifikasi masalah, studi literatur, perancangan sistem, implementasi, serta pengujian dan analisis. Tahap identifikasi masalah dilakukan melalui observasi lapangan yang menemukan dua permasalahan pokok dalam budidaya akuaponik konvensional, yaitu ketidakstabilan pH larutan hara pasca filtrasi dan keterbatasan pemantauan manual yang rentan terhadap kelalaian operator, kemudian diperkuat dengan studi literatur mengenai mikrokontroler STM32F407, Raspberry Pi 4 sebagai gateway IoT, serta protokol komunikasi berbasis cloud.

Pada tahap perancangan, penelitian mencakup pembuatan skematik rangkaian elektronik, perancangan arsitektur komunikasi serial (UART) antara STM32F407 dan Raspberry Pi 4, serta desain mekanik instalasi akuaponik menggunakan teknik Deep Flow Technique (DFT). Tahap implementasi kemudian merealisasikan rancangan tersebut melalui perakitan sensor pH (PH-4502C), TDS, DHT22, dan water float, integrasi aktuator pompa melalui modul relay, serta penulisan firmware algoritma kendali pada STM32F407. Sistem mengimplementasikan metode Threshold-Based Control yang memungkinkan mikrokontroler mengambil keputusan secara otomatis berdasarkan nilai ambang batas yang telah dikonfigurasi, tanpa bergantung pada koneksi internet, sehingga keandalan dan kecepatan respons sistem tetap terjamin.

Tahap akhir berupa pengujian sistem melalui kalibrasi akurasi sensor terhadap alat ukur standar serta pengujian responsivitas aktuator terhadap fluktuasi parameter kualitas air dan iklim mikro. Hasil pengujian dianalisis secara kuantitatif untuk memverifikasi kemampuan sistem beroperasi secara optimal dalam siklus kontinu dua puluh empat jam, sekaligus memvalidasi efektivitasnya dalam meminimalkan risiko kegagalan budidaya akibat kelalaian manusia (human error).

5.2 Perancangan Skematik Alat

5.2.1 Skema Wiring Sistem

Gambar 3.2 Skema Wiring Sistem

Sistem kontrol dan pemantauan akuaponik berbasis Internet of Things (IoT) ini dirancang untuk beroperasi secara otomatis selama dua puluh empat jam penuh guna menjaga stabilitas parameter kualitas hara dan kondisi lingkungan ekosistem akuaponik. Alur kerja sistem secara keseluruhan dibagi menjadi empat tahap utama, yaitu: Inisialisasi, Akuisisi Data, Pengambilan Keputusan, dan Transmisi Data IoT.

· Tahap Inisialisasi

Pada saat sistem dinyalakan, unit mikrokontroler STM32F407 menjalankan proses inisialisasi terhadap seluruh sensor dan aktuator yang terhubung. Pada tahap ini, nilai ambang batas (threshold) untuk setiap parameter ditetapkan ke dalam memori mikrokontroler, meliputi: pH pada rentang 6,0–7,0; konsentrasi nutrisi pada rentang 800–1200 PPM; suhu udara dengan batas atas 30°C; serta level ketinggian air kolam pemeliharaan. Secara bersamaan, unit Raspberry Pi 4 membangun koneksi nirkabel ke jaringan internet dan menginisialisasi jalur komunikasi serial (UART) sebagai antarmuka pertukaran data dengan STM32F407.

· Tahap Akuisisi Data

Pada tahap ini, STM32F407 bertugas mengambil data secara real-time dari lapisan persepsi sistem. Proses pembacaan sensor dilakukan terhadap empat variabel utama sebagai berikut.

Sensor pH (PH-4502C) digunakan untuk mengukur tingkat keasaman larutan pada bak penampungan pasca proses filtrasi.
Sensor TDS (Total Dissolved Solids) digunakan untuk mendeteksi kepekatan nutrisi dalam satuan PPM (Parts Per Million) pada air sirkulasi.
Sensor DHT22 digunakan untuk memantau suhu dan kelembapan udara di area perakaran dan kubung tanaman.
Sensor Water Float digunakan untuk mendeteksi level ketinggian air pada kolam pemeliharaan ikan.

· Tahap Pengambilan Keputusan

STM32F407 berfungsi sebagai unit pengambil keputusan otomatis dengan mengimplementasikan metode berbasis ambang batas (threshold-based control) menggunakan logika kondisional if-then. Mekanisme ini dirancang untuk beroperasi secara independen tanpa bergantung pada koneksi internet, sehingga waktu respons terhadap aktuator menjadi lebih cepat dan stabil. Logika kendali yang diterapkan adalah sebagai berikut.

Kontrol pH: Apabila nilai pH yang terdeteksi kurang dari 6,0, mikrokontroler mengaktifkan dosing pump larutan basa. Sebaliknya, apabila nilai pH melebihi 7,0, dosing pump larutan asam akan diaktifkan hingga kondisi pH kembali berada dalam rentang yang telah ditetapkan.
Kontrol Nutrisi: Apabila kadar TDS yang terdeteksi kurang dari 800 PPM, pompa nutrisi AB Mix diaktifkan secara otomatis untuk meningkatkan kepekatan hara dalam larutan, dan akan dinonaktifkan secara otomatis apabila nilai TDS telah mencapai target yang ditentukan.
Kontrol Iklim Mikro: Apabila suhu udara melebihi 30°C atau kelembapan relatif berada di bawah 60%, STM32F407 mengaktifkan misting pump untuk menyemprotkan kabut air guna menurunkan suhu di sekitar area tanaman.
Kontrol Volume Air: Apabila sensor pelampung mendeteksi kondisi air surut (LOW), pompa pengisi air diaktifkan secara otomatis untuk mengembalikan volume air kolam ke level yang optimal.

· Tahap Komunikasi IoT dan Pemantauan Jarak Jauh

Seluruh data hasil pembacaan sensor beserta status aktuator dikirimkan oleh STM32F407 ke Raspberry Pi 4 melalui komunikasi serial (UART). Raspberry Pi 4 berperan sebagai IoT gateway yang meneruskan data tersebut ke platform cloud — seperti Blynk atau dashboard berbasis web — secara nirkabel. Melalui mekanisme ini, pengguna dapat memantau kondisi ekosistem akuaponik secara jarak jauh dan menerima notifikasi kritis melalui perangkat smartphone, sehingga risiko kegagalan sistem akibat kelalaian manusia (human error) dapat diminimalkan secara signifikan.

· Tampilan Lokal dan Siklus Pengulangan

Sebagai sarana pemantauan fisik langsung di lokasi instalasi, data parameter harian juga ditampilkan pada modul LCD 16×2. Setelah menyelesaikan satu siklus penuh, sistem secara otomatis kembali ke tahap akuisisi data dan mengulang seluruh siklus operasi secara kontinu. Mekanisme pengulangan ini memastikan seluruh parameter ekosistem akuaponik senantiasa terjaga dalam kondisi optimal.

5.2.2 Diagram Blok Kerja Sistem

Gambar 3.3 Diagram Blok Sistem

Diagram blok pada Gambar 3.3 menunjukkan arsitektur sistem kontrol dan monitoring akuaponik berbasis metode ambang batas (threshold-based control). Sistem bekerja secara closed-loop (umpan balik), di mana kondisi lingkungan akuaponik dipantau secara terus-menerus oleh sensor, kemudian dibandingkan dengan nilai acuan (setpoint). Selanjutnya, mikrokontroler menentukan aksi pengendalian sehingga kondisi sistem tetap berada pada rentang yang diinginkan.

1. Masukan (Setpoint)

Masukan merupakan nilai acuan atau setpoint yang digunakan sebagai batas pengendalian sistem. Setpoint ini meliputi batas minimum dan maksimum beberapa parameter lingkungan, seperti:

pH larutan nutrisi,
konsentrasi nutrisi (TDS),
suhu udara,
kelembapan udara, dan
tinggi permukaan air kolam.

Nilai-nilai tersebut menjadi referensi dalam proses pengambilan keputusan oleh sistem kontrol.

2. Komparator

Komparator berfungsi membandingkan data hasil pembacaan sensor dengan nilai setpoint yang telah ditentukan. Hasil perbandingan ini menghasilkan kondisi apakah parameter berada di bawah, di atas, atau masih berada dalam rentang yang diizinkan. Informasi tersebut kemudian diteruskan ke bagian kontroler sebagai dasar pengambilan keputusan.

3. Kontroler

Kontroler menggunakan mikrokontroler STM32F407 yang menjalankan algoritma metode ambang batas (if–else). Berdasarkan hasil perbandingan pada komparator, STM32 menentukan aktuator mana yang harus diaktifkan atau dimatikan. Dengan demikian, kontroler menjadi pusat pengendali seluruh proses otomatis pada sistem akuaponik.

4. Aktuator

Aktuator merupakan perangkat yang menerima perintah dari kontroler untuk melakukan tindakan pengendalian terhadap sistem. Aktuator yang digunakan meliputi:

Dosing Pump Asam untuk menurunkan nilai pH,
Dosing Pump Basa untuk menaikkan nilai pH,
Pompa Nutrisi AB Mix untuk menambahkan nutrisi,
Misting Pump untuk mengatur suhu dan kelembapan udara, serta
Pompa Pengisi Air Kolam untuk menjaga volume air tetap stabil.

5. Plant (Sistem Akuaponik)

Plant merupakan objek yang dikendalikan oleh sistem, yaitu keseluruhan instalasi akuaponik. Plant terdiri atas:

bak nutrisi yang dipantau berdasarkan nilai pH dan TDS,
area tanaman yang dipantau berdasarkan suhu dan kelembapan udara, serta
kolam ikan yang dipantau berdasarkan tinggi permukaan air.

Kinerja plant dipengaruhi secara langsung oleh aktuator sehingga kondisi lingkungan dapat dipertahankan sesuai kebutuhan tanaman dan ikan.

6. Keluaran (Kondisi Sistem)

Keluaran merupakan kondisi aktual sistem setelah proses pengendalian dilakukan. Nilai keluaran berupa parameter lingkungan seperti pH, TDS, suhu, kelembapan, dan level air yang telah mengalami perubahan akibat kerja aktuator.

7. Umpan Balik (Feedback)

Data keluaran kemudian dibaca kembali oleh sensor dan dikirimkan ke kontroler sebagai umpan balik (feedback). Data ini dibandingkan kembali dengan nilai setpoint pada komparator sehingga proses pengendalian berlangsung secara berulang (closed-loop control). Mekanisme ini memungkinkan sistem melakukan penyesuaian secara otomatis apabila terjadi perubahan kondisi lingkungan, sehingga parameter akuaponik tetap berada pada rentang yang telah ditentukan.

Siklus tersebut berlangsung secara terus-menerus selama sistem aktif sehingga kondisi pH, nutrisi, suhu, kelembapan, dan volume air dapat dikendalikan secara otomatis sesuai metode ambang batas yang diterapkan. Dengan mekanisme umpan balik ini, sistem mampu menjaga kestabilan lingkungan akuaponik tanpa memerlukan intervensi pengguna secara terus-menerus.

5.2.3 Flowchart Kerja Sistem

Gambar 3.4 Flowchart Kerja Sistem

Berdasarkan diagram alir (flowchart) sistem kerja pada Gambar [Nomor Gambar], seluruh proses pengendalian pada sistem Smart Akuaponik berbasis IoT ini diatur secara otomatis menggunakan logika kontrol berbasis ambang batas (Threshold-Based Control Logic) dengan mikrokontroler STM32 sebagai pusat pemrosesan data utama.

Secara rinci, tahapan kerja sistem dapat dijabarkan menjadi beberapa sub-proses berikut:

1. Tahap Inisialisasi Sistem (Initialization)

Proses diawali dengan kondisi MULAI saat sistem pertama kali diberikan catu daya. Mikrokontroler langsung melakukan inisialisasi terhadap seluruh parameter sistem, yang meliputi:

Penetapan nilai ambang batas (set point/threshold) untuk masing-masing parameter lingkungan (batas minimum/maksimum pH, batas maksimum suhu, batas minimum kelembapan udara, dan status tinggi muka air).
Mengaktifkan jalur komunikasi serial UART antara STM32 dan Raspberry Pi 4.
Mengaktifkan driver dan pin input/output (I/O) untuk memulai pembacaan sensor dan kendali aktuator.

2. Tahap Akuisisi Data Sensor (Data Acquisition)

Setelah inisialisasi selesai, STM32 secara berkala melakukan pembacaan data analog dan digital dari tiga jenis sensor utama:

Sensor pH: Mengukur tingkat keasaman atau kebasaan pada bak penampung nutrisi tanaman.
Sensor DHT: Mengukur suhu mikro dan kelembapan udara (relative humidity) di sekitar area perakaran/daun tanaman.
Water Float Sensor: Sensor mekanik tipe pelampung untuk mendeteksi level batas aman volume air pada kolam budidaya ikan.

3. Tahap Komunikasi Data dan Integrasi IoT (IoT Monitoring)

Secara simultan setelah sensor dibaca, data mentah (raw data) dikirimkan oleh STM32 ke Raspberry Pi 4 memanfaatkan komunikasi serial. Raspberry Pi 4 bertindak sebagai gateway IoT yang bertugas memproses data tersebut, lalu mengunggahnya (upload) ke Cloud Server melalui jaringan internet sehingga data kondisi akuaponik dapat dipantau (monitoring) secara real-time lewat Dashboard IoT.

4. Tahap Logika Pengambilan Keputusan (Decision Making & Actuation)

Data yang telah dibaca oleh STM32 kemudian dievaluasi menggunakan percabangan logika kondisi (if-else statement) untuk menggerakkan aktuator secara otomatis:

Blok Pengendalian pH Nutrisi:

Jika nilai pH terdeteksi lebih kecil dari batas minimum (terlalu asam), sistem memicu kondisi Ya untuk mengeksekusi perintah Aktifkan Dosing Pump Basa guna mengalirkan cairan penaik pH.
Jika kondisi pertama tidak terpenuhi (Tidak), sistem memeriksa apakah nilai pH lebih besar dari batas maksimum (terlalu basa). Jika Ya, sistem mengeksekusi perintah Aktifkan Dosing Pump Asam guna mengalirkan cairan penurun pH.
Apabila nilai pH berada di antara batas minimum dan maksimum (kondisi normal), maka sistem masuk ke kondisi Tidak yang kedua dan memerintahkan untuk Matikan Kedua Dosing Pump.

Blok Pengendalian Iklim Mikro (Suhu & Kelembapan):

Sistem mengevaluasi kondisi sensor DHT. Jika nilai Suhu > Batas Maksimum ATAU Kelembapan < Batas Minimum, maka sistem mendeteksi cuaca terlalu panas/kering dan mengeksekusi perintah Aktifkan Misting Pump (pompa pengkabut air) untuk menurunkan suhu sekitar tanaman.
Jika kondisi ruangan dinilai masih ideal (Tidak), sistem menjalankan perintah Matikan Misting Pump.

Blok Pengendalian Volume Air Kolam:

Sistem mengevaluasi input digital dari Water Float Sensor. Jika sensor mendeteksi kondisi air surut / berada pada posisi bawah (LOW), sistem langsung mengeksekusi perintah Aktifkan Pompa Pengisi Air Kolam.
Sebaliknya, jika sensor mendeteksi volume air sudah cukup / pelampung berada di posisi atas (HIGH), perintah yang dijalankan adalah Matikan Pompa Pengisi Air.

5. Tahap Perulangan Sistem (Looping Delay)

Setelah seluruh aktuator merespons sesuai dengan kondisi sensor saat itu, alur program akan melewati tahapan Delay / Tunggu Siklus Berikutnya. Waktu tunda (delay) ini diterapkan untuk memberikan jeda waktu homogenisasi cairan nutrisi dan stabilisasi lingkungan sebelum mikrokontroler kembali ke tahap Baca Data Sensor (STM32). Proses ini berjalan secara terus-menerus (looping) selama sistem aktif untuk menjamin stabilitas ekosistem akuaponik secara mandiri (fully automated).

5.3 Perancangan Logika Kontrol (Metode Ambang Batas)

Metode Ambang Batas (Threshold-Based Control) diterapkan dengan logika keputusan "Jika-Maka" (if-then) pada unit STM32F407. Berikut adalah definisi variabel ambang batas yang digunakan untuk menjaga stabilitas ekosistem akuaponik [Gemini history, 3, 7, 335]:

Kontrol Derajat Keasaman (pH) di Bak Penampung Logika ini bertujuan menjaga stabilitas hara pasca filtrasi:

· Jika pH < 6,0: STM32 memerintahkan dosing pump Basa untuk ON.

· Jika pH > 7,0: STM32 memerintahkan dosing pump Asam untuk ON.

· Kondisi Stabil (6,0 – 7,0): Semua pompa pengatur pH dalam kondisi OFF.

Kontrol Nutrisi (TDS/PPM):

· Jika TDS < 800 PPM: Pompa nutrisi AB Mix aktif (ON) untuk menambah kepekatan hara.

· Jika TDS ≥ 1200 PPM: Pompa nutrisi nonaktif (OFF).

Kontrol Iklim Mikro (Sensor DHT22):

· Jika Suhu Udara > 30°C atau Kelembapan < 60%: STM32 mengaktifkan misting pump untuk menyemprotkan kabut air agar tanaman tetap segar.

Kontrol Volume Air Kolam (Water Float Sensor):

· Jika Pelampung mendeteksi level rendah (LOW): Aktifkan pompa pengisi air kolam untuk menjamin volume tetap stabil.

· Jika Pelampung mendeteksi level penuh (HIGH): Matikan pompa pengisi air.

7. Daftar Pustaka

[1] U. Umar, A. Al Farouq, H. Widyantara, A. Ramadhana, and K. Putra, “RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL DAN MONITORING PH, SUHU AIR DAN TDS PADA SISTEM AKUAPONIK BERBASIS INTERNET OF THINGS (IOT),” Jurnal Teknologi Terapan) |, vol. 10, no. 1, 2024.

[2] A. Pramana, E. Rizki Dalimunthe, and S. Styawati, “Teknologi Pemberian Nutrisi Ikan Lele dan Tanaman Kangkung pada Sistem Aquaponik Menggunakan Teknologi IoT,” Jurnal Pendidikan dan Teknologi Indonesia, vol. 5, no. 3, pp. 813–829, Mar. 2025, doi: 10.52436/1.jpti.708.

[3] H. N. Shobihah, A. Yustiati, and D. Y. Andriani, “PRODUKTIVITAS BUDIDAYA IKAN DALAM BERBAGAI KONSTRUKSI SISTEM AKUAPONIK (REVIEW),” Jurnal Akuatika Indonesia, vol. 7, no. 1, 2022.

[4] S. Widyadari and R. M. Sultoni, “Implementasi Sistem Kontrol dan Monitoring PH dan Suhu Air Pada Sistem Smart Aquaponic Berbasis Mikrokontroler Esp32,” JURNAL TEKNOLOGI INDUSTRI, vol. 15, no. 1, pp. 37–46, Mar. 2026, doi: 10.35968/jti.v15i1.1929.

[5] Muh.Fikri, “PENGARUH NUTRISI BAGI PERTUMBUHAN TANAMAN,” no. Nurisi Pertumbuhan Tanaman, pp. 1–8, 2022.

[6] K. Ashari and A. H. Mujianto, “IMPLEMENTASI IOT DAN FUZZY MAMDANI UNTUK PENGENDALIAN PH DAN NUTRISI DALAM PERTANIAN HIDROPONIK BERBASIS SISTEM OTOMATIS,” Oct. 2025.

[7] K. Ph et al., “Implementasi Panel Surya Sebagai Sumber Energi pada Sistem,” Ktrl.Inst (J.Auto.Ctrl.Inst), vol. 11, no. 2, p. 2019.

[8] Y. Winata, “PERANCANGAN SISTEM BRAIN COMPUTER INTERFACE BERBASIS ELECTROENCEPHALOGRAPHY UNTUK PENGOPERASIAN ROBOT LENGAN MENGGUNAKAN METODE THRESHOLD,” Padang, Dec. 2021.

[9] M. Gregoryan, “Sistem Kontrol dan Monitoring Ph Air serta Kepekatan Nutrisi pada Budidaya Hidroponik Jenis Sayur dengan Teknik Deep Flow Techcnique.”

[10] A. A. Mas’ud¹ and R. P. Astutik², “RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAN KONTROL AKUAPONIK BERBASIS IOT DESIGN AND DEVELOPMENT OF AN IOT-BASED AQUAPONICS MONITORING AND CONTROL SYSTEM,” Journal of Information Technology and Computer Science (INTECOMS, vol. 9, no. 1, 2026.

[11] N. Aziezah, W. Sholihah, I. Novianty, M. Romadhona, and A. Mardiyono, “Sipekernik: Sistem Pemantau Kekeruhan Air dan Pengairan pada Akuaponik Menggunakan Sensor Turbidity, LDR dan Water Level,” JTIM : Jurnal Teknologi Informasi dan Multimedia, vol. 4, no. 4, pp. 261–271, Feb. 2023, doi: 10.35746/jtim.v4i4.324.

[12] Mudlofar Farid, Hutagalung Rizal, Suparmin, and Setiawan Agus, “PEMANFAATAN LAHAN PERKOTAAN UNTUK APLIKASI BUDIDAYA IKAN GABUS DENGAN SISTEM AKUAPONIK,” Jan. 2021.

[13] R. Doni and M. Rahman, “Sistem Monitoring Tanaman Hidroponik Berbasis Iot (Internet of Thing) Menggunakan Nodemcu ESP8266,” 2020.

[14] M. Al Husaini, A. Zulianto, and D. A. Sasongko, “Otomatisasi Monitoring Metode Budidaya Sistem Hidroponik dengan Internet of Things (IoT) Berbasis Android MQTT dan Tenaga Surya”, [Online]. Available: http://sostech.greenvest.co.id

[15] R. Ridha, M. Ula, and Z. Yunizar, “Monitoring dan Pengendalian Sistem Hidroponik Deep Flow Technique (DFT) Pada Tanaman Melon Menggunakan Metode Rule Based Berbasis Internet of Thinks,” Jurnal Ilmiah Global Education, vol. 6, no. 3, pp. 1784–1791, Sep. 2025, doi: 10.55681/jige.v6i3.4158.

[16] N. Nuraini, dan M. Yusuf, K. Keahlian Fisika Teoritik Energi Tinggi dan Instrumentasi, and K. Keahlian Matematika Industri dan Keuangan, “Sistem Kontrol Nutrisi Hidroponik Dengan Menggunakan Logika Fuzzy,” Ktrl.Inst (J.Auto.Ctrl.Inst), vol. 1, no. 1, 2009.

[17] Dodo and Lukman, “PENGARUH PEMBERIAN NUTRISI CAIR HIDROPONIK (AB MIX) DAN BEBERAPA MEDIA TANAM TERHADAP TANAMAN SELADA”.

[18] N. Sultan Salahuddin and A. Kowanda, “Sistem Kontrol dan Monitoring Hidroponik berbasis Android,” 2018.

[19] C. N. Harsela, “Sistem Hidroponik Menggunakan Nutrient Film Technique Untuk Produksi dan Hasil Tanaman Selada (Lactuca sativa L.),” Syntax Literate ; Jurnal Ilmiah Indonesia, vol. 7, no. 11, pp. 17136–17144, Nov. 2022, doi: 10.36418/syntax-literate.v7i11.11983.

[20] S. R. Rafidah and A. Wagyana, “Rancang Bangun Sistem Pemantau dan Pengendali Nutrisi Tanaman Hidroponik Berbasis Modul Long Range (LoRa).”

[21] “View of Sistem Pengendali pH Air dan Pemantauan Lingkungan Tanaman Hidroponik menggunakan Fuzzy Logic berbasis IoT”.

[22] E. D. Meutia, M. Y. Utama, R. Munadi, and M. Irhamsyah, “Sistem Pemantau dan Pengontrol Suhu dan pH Air Otomatis pada Budidaya Ikan Gabus,” Journal of Engineering and Science, vol. 2, no. 2, pp. 59–68, Dec. 2023, doi: 10.56347/jes.v2i2.143.

[23] A. P. Dinata et al., “PEMANFAATAN LAHAN DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM HIDROPONIK SERTA PENERAPAN EKONOMI KREATIF DI KELURAHAN MEDOKAN AYU,” 2023. [Online]. Available: https://jurnalfkip.samawa-university.ac.id/karya_jpm/index

[24] S. Salawa, A. Inayatillah, and S. Zuliati, “Perlakuan Nutrisi dan Media Tanam Untuk Meningkatkan Pertumbuhan dan Hasil Bawang Merah (Allium cepa L. var. aggregatum) pada Budidaya Secara Hidroponik,” Jurnal Ilmiah Mahasiswa Agroekoteknologi, vol. 2, no. 4, pp. 99–104, 2023, doi: 10.29103/jimatek.v2i4.18317.

[25] A. Ningtias, R. Salam, and E. Rosdiana, “RANCANG BANGUN SISTEM PEMANTAUAN HIDROPONIK SEDERHANA SECARA VERTIKAL PADA TANAMAN KANGKUNG BERBASIS IOT (DESIGN OF SIMPLE HYDROPONIC VERTICAL MONITORING SYSTEM ON IOT-BASED WATER SPINACH PLANTS),” Bandung, Oct. 2021.

[26] S. A. Rachmini, Muh. R. Rasyid, C. N. Insani, and A. Rabbani, “Rancang Bangun dan Evaluasi Sistem Smart-Ponik Untuk Monitoring dan Automatisasi Tanaman Hidroponik Berbasis IOT dengan Protokol MQTT QTT,” Journal of Applied Computer Science and Technology, vol. 6, no. 2, pp. 141–148, Dec. 2025, doi: 10.52158/tpd2rq94.

[27] Handi, “SISTEM PEMANTAUAN MENGGUNAKAN BLYNK DAN PENGENDALIAN PENYIRAMAN TANAMAN JAMUR DENGAN METODE LOGIKA FUZZY,” Malang, Dec. 2018.

[28] L. Tugas Akhir, “Rancang Bangun Alat Monitoring Pengisian Air Otomatis Berbasis IoT (Internet of Things),” 2023.

[29] A. F. H. Dhrubo and M. A. Qayum, “STM32-Based IoT Framework for Real-Time Environmental Monitoring and Wireless Node Synchronization,” Oct. 2025, [Online]. Available: http://arxiv.org/abs/2506.17295

[30] “UM1472 User manual Discovery kit with STM32F407VG MCU,” 2026. [Online]. Available: www.st.com

[31] “Raspberry Pi 4 Model B,” 2026.

[32] K. K. N, “International Journal of INTELLIGENT SYSTEMS AND APPLICATIONS IN ENGINEERING STM32-based IoT Monitoring System for an Indoor Plant.” [Online]. Available: www.ijisae.org

[33] “How to use a PH probe and sensor.” [Online]. Available: https://www.arduino.cc/en/Tutorial/ReadAnalogVoltage

[34] T. Liu, “Digital-output relative humidity & temperature sensor/module DHT22 (DHT22 also named as AM2302) Capacitive-type humidity and temperature module/sensor.”

[35] “18e98306e1c1a880”.

[36] “Float Sensor Specifications,” 2012. [Online]. Available: www.element14.comwww.farnell.com

Cari Blog Ini

ELECTRICAL ENGGINERING