Aplikasi Pakan Otomatis Dan Sistem Kontrol Monitoring PH dan Suhu Pada Ikan Glofish Dengan Metode Fuzzy Mamdani

Pemeliharaan ikan Glofish membutuhkan perhatian khusus terhadap kualitas pakan, tingkat pH, dan suhu air. Kesibukan sehari-hari sering menyebabkan pemelihara lupa memberi makan dan memantau kondisi ikan, yang berakibat pada kesehatan ikan yang buruk. Penelitian ini bertujuan mengembangkan sistem otomatis untuk memudahkan pemeliharaan ikan Glofish, yang meliputi pemberian pakan otomatis, monitoring dan kontrol pH serta suhu air secara real-time, serta fitur pemantauan ikan melalui kamera. Menggunakan Mikrokontroler ESP32, sistem ini memproses data sensor dan mengontrol aktuator. Metode Fuzzy Mamdani digunakan untuk adaptasi kontrol pH. 

A. Diagram Blok

1. Koneksi Internet: Mikrokontroler ESP-32 DevKit terhubung ke internet, memungkinkan komunikasi dua arah antara sistem lokal dan cloud.

2.   Sensor pH Air: Sensor pH air digunakan mendeteksi kadar ph air. Hasil pembacaan dari sensor ini digunakan untuk mentriger pompa untuk menyemprotkan cairan ph.

3.  Sensor Suhu: Sensor suhu DS18b20 digunakan untuk memantau suhu air. Hasil pembacaan dari sensor ini digunakan untuk mentriger heater.

4.    Sensor Ultrasonik HCSR04: Sensor ultrasonik ini berfungsi untuk mendeteksi tingkat ketersediaan pakan ikan. Jika pakan ikan habis, sistem akan memberikan peringatan dengan menyalakan buzzer.

5.  Real Time Clock (RTC): RTC digunakan untuk menyediakan referensi waktu yang akurat dan real time, untuk mengatur jadwal pemberian pakan secara otomatis.

6. IP Camera: IP camera digunakan untuk memantau kondisi akuarium secara visual. Gambar atau video yang diambil dapat diakses melalui aplikasi.

7. Aplikasi Android: Aplikasi ini berperan sebagai antarmuka antara pengguna dan sistem secara online.

8. Firebase: Firebase digunakan sebagai database cloud untuk menyimpan dan mengelola data dari sistem, serta memungkinkan akses real-time antara aplikasi dan mikrokontroler.

9. Aktuator dan Indikator:
·       LCD 20x4 I2C: Menampilkan pembacaan data dari masing sensor.
·       Buzzer: Memberikan bunyi audio “beep” untuk kondisi, habisnya pakan ikan.
·       Motor Servo: Mengendalikan mekanisme dalam pemberian pakan otomatis.
·   Water Pump: Mengatur penambahan cairan pH up dan pH down untuk menjaga keseimbangan pH air.
·       Heater: Menjaga suhu air sesuai dengan pembaan sensor suhu.

B. Flowchart

Flowchart diatas mengambarkan alur kerja sistem kontrol dan monitoring akuarium berbasis mikrokontroler. Penjelasan detail mengenai setiap langkah dalam sistem ini adalah sebagai berikut: 

1.     Mulai: Sistem dimulai dengan inisiasi.

2.    Inisiasi Input / Output: Mikrokontroler melakukan inisialisasi input dan output, menyiapkan semua pin dan periferal yang diperlukan.

3.   Pembacaan Sensor Ultrasonik: Mikrokontroler membaca data dari sensor ultrasonik untuk mendeteksi jarak pakan ikan.

4.     Pengecekan Jarak Pakan:

·       Jika jarak lebih dari 10 cm, ini menandakan pakan ikan sudah habis.

·       Buzzer ON: Sistem menyalakan buzzer sebagai indikasi bahwa pakan ikan sudah habis.

5.     Buzzer  OFF: sebagai indikasi bahwa pakan telah diisi penuh.

6.   Membaca Waktu RTC: Mikrokontroler membaca data waktu dari RTC (Real time Clock) untuk mengetahui waktu saat ini.

7.     Pengecekan Waktu:

·       Jika waktu menunjukkan pukul 09.00, sistem akan memberikan pakan ikan.

·        Servo Membuka Katup Pakan: Servo menggerakkan katup untuk membuka pakan.

·       Pakan Telah Diberikan: Pakan ikan diberikan.

8.     IP Camera:

·       Mengirimkan Video: IP Camera mengirimkan video kondisi akuarium untuk pemantauan.

9.     Langkah A: Sistem melanjutkan ke bagian berikutnya dari flowchart (ditandai dengan "A").

10.  Membaca Sensor Suhu: Mikrokontroler membaca data dari sensor suhu untuk mengetahui suhu air dalam akuarium.

11.  Pengecekan Suhu:

·       jika suhu air kurang dari 20°C, heater akan menyala.

·       Heater Menyala: Sistem menyalakan heater untuk menaikkan suhu air.

12.  Baca Sensor pH: Mikrokontroler membaca data dari sensor pH untuk mengetahui  tingkat keasaman air.

13.  Input Fuzzifikasi: Data dari sensor pH digunakan sebagai input untuk sistem kontrol Fuzzy.

14. Rule Base: Sistem Fuzzy menggunakan aturan yang telah ditentukan untuk menentukan tindakan yang tepat berdasarkan data input.

15.  Defuzzifikasi: Hasil dari system fuzzy dikonversi menjadi tindakan konkret.

16. pH UP dan pH Down: Berdasarkan hasil defuzzifikasi, sistem mengatur pompa untuk menambah atau mengurangi pH air (menambah cairan pH UP atau pH Down).

17.  Selesai: Proses selesai dan sistem ke keadaan awal atau memulai siklus baru.

C. Perancangan Aturan Metode  Logika Fuzzy Mamdani

Berdasarkan FIS diatas maka pemetaanya sebagai berikut :

Proses	Jenis Variabel	Nama Variabel	Himpunan Fuzzy	Rentang Nilai
Kendali pH air	Input	pH	Sangat Asam	0 - 3
			Asam	2 - 5
			Netral	4 - 7
			Basa	6 - 9
			Sangat Basa	8 - 14
		Suhu	Dingin	0 - 23
			Normal	22 - 26
			Panas	25 - 35
	Output	pH Down	Sedikit	0 - 5
			Sedang	55 - 105
			Banyak	100 - 200
		pH Up	Sedikit	0 - 55
			Sedang	50 - 105
			Banyak	100 - 200

Tabel tersebut menjelaskan proses pengendalian pH air menggunakan metode fuzzy Mamdani dengan variabel input berupa pH dan suhu air serta variabel output berupa tindakan pengendalian pH (penambahan pH Down atau pH Up). 

Aturan dasar pada pengendali fuzzy digunakan untuk mementukan keluaran berdasarkan kondisi tertentu menggunakan aturan “jika-maka” atau bisa disebut “if-Then” seperti berikut “ If  X is A Then Y is B” yang mana A dan B merupakan nilai lingusitik yang didefinisikan dalam rentang variabel X dan Y. Pernyataan  “ X is A” disebut attecedent atau permis sedangkan pernyataan “Then is B” disebut consequent atau kesimpulan. Aturan dasar yang diterapkan untuk sistem kendala pH pada pemeliharaan ikan glofish menggunakan logika fuzzy mamdani Tabel berikut : 

RULE	LOGIC
1	IF pH is sangat asam AND suhu is dingin THEN pH up is Banyak AND pH down is off
2	IF pH is sangat asam AND suhu is normal THEN pH up is Banyak AND pH down is off
3	IF pH is sangat asam AND suhu is panas THEN pH up is Sedang AND pH down is off
4	IF pH is asam AND suhu is dingin THEN pH up is Sedang AND pH down is off
5	IF pH is asam AND suhu is normal THEN pH up is Sedang AND pH down is off
6	IF pH is asam AND suhu is panas THEN pH up is Sedikit AND pH down is off
7	IF pH is sangat basa AND suhu is dingin THEN pH down is Sedang AND pH up is off
8	IF pH is sangat basa AND suhu is normal THEN pH down is Banyak AND pH up is off
9	IF pH is sangat basa AND suhu is panas THEN pH down is Banyak AND pH up is off
10	IF pH is netral AND suhu is dingin THEN pH up is Sedikit AND pH down is off
11	IF pH is netral AND suhu is normal THEN pH up is off AND pH down is off
12	IF pH is netral AND suhu is panas THEN pH down is Sedikit AND pH up is off
13	IF pH is basa AND suhu is dingin THEN pH down is sedikit AND pH up is off
14	IF pH is basa AND suhu is normal THEN pH down is sedang AND pH up is off
15	IF pH is basa AND suhu is panas THEN pH down is sedang AND pH up is off

D. Pembuatan Aplikasi 

Aplikasi dibuat menggunakan software android studio, desain aplikasi mempunyai tampilan yang mudah dipahami oleh pengguna  Terdapat menu monitoring, history dan kontrol on/off untuk sensor ph. Berikut tampilan aplikasi pada smartphone.

NO	UI APLIKASI	GAMBAR	PENJELASAN
1	Splash Screen Tampilan awal ketika aplikasi di buka.		Splash screen aplikasi ini menampilkan teks “WELCOME” berwarna putih di atas latar belakang biru muda, menciptakan suasana yang tenang dan menyegarkan. Dua ikan kuning dengan sirip merah dan pola hitam menghiasi bagian tengah, menambah daya tarik visual dan mencerminkan tema aquatik. Elemen dekoratif seperti gelembung, terumbu karang ungu, dan tanaman laut hijau di bagian bawah memperindah tampilan, menyambut pengguna dengan kehangatan dan keindahan sebelum mereka masuk ke aplikasi.
2	Dashboard Menampilkan menu control sensor ph, monitoring, history.		Di bagian atas, terdapat teks “Menu” berwarna putih yang mudah dibaca. Latar belakangnya adalah biru muda dengan ilustrasi ikan-ikan yang berenang, menambah nuansa akuatik. Di tengah, terdapat ilustrasi akuarium yang berisi ikan-ikan berwarna cerah dan dekorasi kapal karam, memberikan kesan mendalam dan menarik bagi pengguna. Di bawahnya, ada tiga tombol utama yang menonjol: 1.     Monitoring – Digambarkan dengan ikon sistem monitoring akuarium, berfungsi untuk memantau kondisi akuarium. 2.     Kontrol pH – Diwakili oleh ikon alat test pH air dan tombol On/Off untuk dapat menonaktifkan logika fuzzy pada sensor  pH. 3.     History – Dilambangkan dengan ikon dokumen dan jam, berfungsi untuk melihat riwayat aktivitas atau data yang tersimpan.
3	Monitoring, notifikasi.		Tulisan "Monitoring" jelas menunjukkan bahwa ini adalah layar monitoring. Ikon di sebelah kanan menunjukkan gambar alat dan gelombang air, mengindikasikan pemantauan sistem perairan. Penggunaan warna biru dan putih memberikan kesan bersih dan profesional. Warna oranye digunakan untuk judul setiap informasi sensor, menyoroti informasi penting. Setiap informasi sensor disertai dengan ikon yang relevan dan label yang jelas, memudahkan pengguna untuk memahami data yang ditampilkan. Font yang digunakan mudah dibaca dan ukuran teks cukup besar untuk memastikan informasi mudah dilihat. Tata letak informasi sensor di bawah video memberikan struktur yang teratur dan mudah diikuti. Tampilan notifikasi yang berada dalam kotak merah, ketika suhu dibawah 20 notifikasi mengirimkan bahwa suhu air mulai mendingin, Ketika ph nya asam/basa akan mengirimkan notifikasi, begitu juga ketika pakan habis.
5	History		Bagian atas halaman memiliki header berwarna biru muda dengan ikon dokumen dan teks "History". Latar belakang utama halaman berwarna putih, memberikan kontras yang baik untuk membaca informasi. Setiap entri data ditampilkan dalam kotak berwarna biru tua, menonjolkan informasi penting. Fitur Penyesuaian Tanggal: Di bagian atas halaman, terdapat dua kolom input: "Start Time" dan "end Time". Kolom-kolom ini memungkinkan pengguna untuk memasukkan rentang waktu tertentu. Tombol "FILTER" di antara kedua kolom tersebut berfungsi untuk menerapkan filter berdasarkan rentang waktu yang dimasukkan. Fitur ini memungkinkan pengguna untuk mencari dan menampilkan data historis dalam periode waktu tertentu. Manfaat Fitur Pencarian: Memudahkan pengguna untuk menemukan data spesifik dari periode tertentu. Berguna untuk analisis tren atau pemantauan perubahan kondisi selama interval waktu tertentu. Meningkatkan efisiensi dalam mengelola dan mengakses data historis. Desain ini menggabungkan estetika yang menarik dengan fungsionalitas praktis, memudahkan pengguna untuk menavigasi dan menganalisis data historis dalam aplikasi.

E. Pembuatan Alat

Komponen terdiri dari ESP32, sensor pH, sensor suhu ds18b20, buzzer, LCD, servo, pompa, relay, USB Host 2.0, Dipasang menjadi 1 kesatuan menggunakan kabel jumper dan diletakkan di dalam box dengan dimensi 24x16x9 cm. LCD untuk menampilkan hasil pembacan pada alat. Sensor pH dan sensor suhu akan dicelupkan ke dalam air untuk mendeteksi kondisi air di dalam akuarium. Jika pH terdeteksi asam, pompa akan menyemprotkan cairan pH up. Aktivasi relay 1 berfungsi sebagai saklar yang mengalirkan tegangan ke pompa, sehingga pompa dapat bekerja. Sebaliknya, jika pH terdeteksi basa, pompa akan menyemprotkan cairan pH down, dengan relay 2 sebagai saklar yang mengalirkan tegangan ke pompa. Durasi penyemprotan cairan pH dikendalikan oleh logika fuzzy Mamdani, yang menentukan berapa lama cairan tersebut disemprotkan berdasarkan kondisi pH yang terdeteksi, Penggunaan fuzzy dalam alat ini diterapkan pada ph nya, agar dapat menuangkan cairan sesuai dengan kondisi ph yang dihadapi berdasarkan kategori kategori yang telah di susun sebelumnya. Tidak seperti ketika "berbasis IOT" yang masih memiliki kemungkinan yang tidak sesuai seperti misalnya ph asam namun yang dituangkan bisa saja terlalu banyak alih alih menetral ini malah menyebabkan kebasaan. Dengan adanya fuzzy memungkinkan untuk transisi yang jauh lebih halus dalam penuangan cairan ph tersebut.

Sensor ultrasonik ditempatkan di atas botol untuk mengukur ketersediaan pakan di dalam botol berdasarkan jarak. Ketika memasuki waktu pemberian pakan, yaitu pukul 09.00 yang ditentukan oleh RTC (Real Time Clock), servo akan berfungsi sebagai mekanisme pemberian pakan. Selama 1 menit, servo akan terus bergerak maju dari 0 derajat ke 45 derajat, berhenti selama 1 detik, lalu mundur kembali dari 45 derajat ke 0 derajat, berhenti selama 1 detik lagi, dan mengulangi siklus ini untuk mengoperasikan pakan otomatis hanya pada waktu yang telah ditentukan. Ketika pakan lebih dari 10 buzzer akan berbunyi beep pertanda pakan habis.

Stopkontak yang sudah dihubungkan dengan relay 3 digunakan untuk menghubungkan heater. Ketika sensor suhu mendeteksi bahwa suhu air perlu dinaikkan, relay 3 akan mengalirkan tegangan ke stopkontak, sehingga heater dapat menyala dan menaikkan suhu air. Ketika suhu mencapai nilai yang diinginkan, relay akan memutus aliran tegangan, sehingga heater mati. 

Relay 4 fitur on/off pada aplikasi digunakan untuk menonaktifkan sistem yang dikendalikan oleh logika fuzzy. Ketika fitur ini diaktifkan, durasi relay yang diatur oleh logika fuzzy tidak akan berfungsi, namun sensor lainnya tetap akan bekerja. Ini memungkinkan pengguna untuk menonaktifkan kontrol fuzzy jika tidak ingin menggunakannya, sementara sistem tetap dapat memantau dan membaca data dari sensor lainnya.

USB Host digunakan untuk menghubungkan kabel Type-C dari IP cam agar terhubung dengan mikrokontroler pada alat, memungkinkan kamera untuk terhubung dengan aplikasi yang telah dibuat. Untuk dapat tampil video di aplikasi yang penulis buat yang pertama harus mendapatkan URL real-time streaming protocol (RTSP). Dalam aplikasi yang dibuat menggunakan library VLC (Video LAN Client media player), URL tersebut dimasukkan ke dalam codingan aplikasi Android Studio. Namun, kamera yang saya gunakan ternyata tidak mendukung RTSP (ada kamera yang mendukung, tetapi harganya mahal), sehingga hanya dapat dipantau melalui aplikasi bawaan kamera itu sendiri. Meskipun demikian, kamera IP CAM penulis dapat terhubung melalui USB HOST.

Stepdown digunakan untuk menyediakan tegangan ke kamera melalui USB mini host. Tegangan input (V in) dari USB mini host berasal dari adaptor pompa yang menurunkan tegangan dari 12 volt menjadi 5 volt untuk memenuhi kebutuhan daya kamera.