Pengembangan Variable Rate Fertilizer Applicator Berbasis Mikrokontroler 32-Bit.

Abstract

Pemupukan merupakan salah satu tahapan dalam budi daya pertanian, baik tanaman perkebunan maupun persawahan, yang sangat berperan dalam menentukan keberhasilan produksi. Pemupukan berperan dalam menyuplai atau mengganti kandungan hara bagi tanaman yang berkurang atau bahkan habis terserap oleh tanaman selama proses budidaya yang terus menerus. Kekurangan unsur hara, terutama hara makro, akan mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan serta produktifitas tanaman. Oleh karena itu, menjadi salah satu faktor krusial dan biaya tinggi dalam budidaya tanaman. Selama ini, teknik pemupukan tanaman padi sawah di Indonesia dilakukan secara manual dengan ditebar menggunakan tangan. Teknik ini tentunya akan menghasilkan pola dan dosis pemupukan yang tidak seragam dan akan mengakibatkan pertumbuhan tanaman dalam satu lahan tidak seragam. Bagi tanaman yang memperoleh dosis pemupukan kurang dari kebutuhan akan menyebabkan pertumbuhan terhambat dan cenderung kerdil, sedangkan bagi tanaman yang menerima pupuk dengan dosis melebihi kebutuhan akan menyebabkan pertumbuhan cepat pada pase vegetatifnya dan mempengaruhi perkembangan generatifnya. Selain itu, telah banyak penelitian yang memaparkan dampak pemupukan berlebih, diantaranya berpotensi menimbulkan pencemaran lingkungan, menurunkan pH tanah dan terjadinya nutrition disorder akibat terakumulasinya unsur hara P dan K. Variable rate fertilizer applicator (VRFA) merupakan salah satu teknologi yang mampu mengatasi dampak penggunaan pupuk yang tidak tepat. Teknologi ini dapat menjatah pupuk sesuai dengan kebutuhan melalui sistem pengontrolan dosis pemupukan dan aplikasi pemupukan tepat lokasi melalui teknologi GPS dan dan pengujian tanah. Pengembangan dan penerapan teknologi VRFA memerlukan sebuah teknologi metering device terkontrol yang dapat mengendalikan dosis penjatahan pupuk granular. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan sebuah metering device yang dapat dikontrol untuk aplikator pemupukan presisi pada tanaman padi sawah. Untuk mencapai tujuan ini, maka dilakukan beberapa tahapan, yaitu pemilihan mode kontrol dan pengembangan sistem pengontrolan, mendesain dan menguji performa metering device menggunakan sistem pengontrolan dengan menggunakan metode step response dan stair step response. Sebuah meering device tipe auger telah berhasil didesain dan dipabrikasi. auger dibuat dari bahan stainless sedangkan hopper terbuat dari bahan akrilik. Metering device ini digunakan untuk mengeluarkan pupuk dari hopper melalui putaran auger. Pengontrolan dosis pemupukan dilakukan melalui pengontrolan kecepatan motor DC yang terhubung dengan poros auger. Pengontrolan kecepatan motor menggunakan kontrol PID dan penalaan konstanta PID menggunakan metode internal model control (IMC) melalui pendekatan model Tustin. Hasil penalaan PID menghasilkan nilai-nilai konstanta KP, KI dan KD berturut-turut sebesar 0.4013; 0.0988 dan 0.0176 untuk perlakuan dengan PWM 100. Sedangkan perlakuan dengan PWM 400 berturut-turut diperoleh sebesar 0.2314; 0.0531 dan 0.044. Kedua pasangan konstanta PID tersebut kemudian diuji untuk mengendalikan kecepatan motor DC. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa kedua pasangan konstanta PID tersebut mampu mengendalikan kecepatan motor sesuai dengan nilai set-point yang diberikan. Pengujian kalibrasi statis dilakukan terhadap tiga unit metering device. Hasil pengujian menunjukkan bahwa antara kecepatan motor DC (sumbu y) dan massa pupuk yang keluar dari metering device (sumbu x) berkorelasi secara linier dengan persamaan korelasi antara kecepatan motor DC dengan keluaran pupuk dari ketiga metering device y = 7.125x – 108.9; y = 6.893x – 118.1; dan y = 7.11x – 10.8 dengan masing-masing koefisien determinasi R2 = 0.996; 0.998; dan 0.999. Hasil pengujian dengan metode stair step response menunjukkan bahwa performa sistem pengontrolan yang dikembangkan mampu mengontrol kecepatan motor DC, baik pada pengujian tanpa pupuk maupun dengan pupuk. Hal ini dibuktikan dengan grafik kecepatan motor DC dengan waktu yang mampu mengikuti setiap perubahan nilai set-point yang diberikan, baik pada step naik (step-up) maupun step turun (step-down). Pengujian kalibrasi dinamis menghasilkan persamaan kalibrasi dinamis yang menunjukkan korelasi antara kecepatan motor DC (sumbu y) dengan massa pupuk (sumbu x). pengujian ini menghasilkan korelasi linier untuk masing-masing motor dengan persamaan korelasi y = 7.667x – 77.81 (R2 = 0.984) untuk metering device I; y = 7.674x - 37.19 (R2 = 0.984) untuk metering device II; dan y = 8.027x + 101.4 (R2 = 0.992) untuk metering device III. Hasil pengujian distribusi sebaran pupuk, baik dengan metode step response maupun dengan metode stair step response memperlihatkan bahwa pupuk hasil jatahan metering device terdistribusi merata ke lintasan untuk masing-masing perlakuan kecepatan motor DC Pengujian variable rate fertilizer applicator terintegrasi RTK DGPS berhasil dilakukan. Terdapat 66 blok pengujian dengan ukuran masing-masing blok adalah 3 m x 3 m. Dosis target pemupukan ditentukan secara acak dengan variasi dosis antara 150 – 250 kg/ha. Hasil pengujian menunjukkan bahwa unit VRFA mampu menjatah pupuk NPK mengikuti peta kebutuhan dosis yang diberikan dengan tingkat error yang cukup kecil. Error terkecil yang diperoleh sebesar -0.02% dan tertinggi sebesar -6.12% dengan rata-rata error sebesar 1.76%. Tanda minus menunjukkan bahwa dosis pupuk yang dijatahkan oleh unit pemupuk lebih kecil dari dosis target.