## Sistem Pengukuran Intensitas dan Durasi Penyinaran Matahari Realtime PC berbasis LDR dan Motor Stepper
1 Mona Berlian Sari, 2 Yulkifli, 3 Zulhendri Kamus
1,2,3 Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Negeri Padang
1 na.liansha@gmail.com
2 yulkifliamir@gmail.com
3 zulhendrikamus75@gmail.com

## Abstrak
Penyinaran  matahari  sebagai  sumber  energi  yang  penting  bagi  kehidupan  merupakan  salah  satu parameter  cuaca  yang  penting  untuk  diukur.  Penelitian  ini  mendesain  dan  membuat  sistem pengukuran  intensitas  dan  durasi  penyinaran  matahari  menggunakan  mikrokontroller  ATMEGA328 Arduino  Uno  dan  satu  buah  sensor  LDR  yang  pergerakannya  diatur  menggunakan  motor  stepper. Tampilan  sistem  menggunakan  LCD  dan  PC.  Data  yang  diukur  disimpan  secara  otomatis  dalam format  *xls.  Sistem  memiliki  ketelitian  rata-rata  pengukuran  intensitas  cahaya  matahari  sebesar 0.9993  dengan  persentase  ketepatan  rata-rata  ialah  98,79%.  Pada  pengukuran  durasi  penyinaran matahari, sistem memiliki ketepatan rata-rata pengukuran sebesar 93,876%.
Keywords: penyinaran matahari, durasi, intensitas, sistem pengukuran, motor stepper

## 1 Pendahuluan
Cuaca  merupakan  keadaan  atmosfer suatu  daerah yang relatif  sempit dalam waktu yang singkat. Menurut Bayong [1] “Cuaca adalah variasi atmosfer periode pendek atau keadaan atmosfer  pada  suatu  saat  tertentu  pada  wilayah  tertentu”.  Adapun  unsur-unsur  atau parameter cuaca diantaranya suhu udara, tekanan udara, angin, kelembaban udara, awan, hujan, dan penyinaran matahari.
Penyinaran  matahari  mempengaruhi  naik  turunnya  temperatur  permukaaan  bumi  serta mempengaruhi  unsur-unsur  cuaca  lainnya.  Selain  sebagai  pengendali  iklim  dan  cuaca, matahari  adalah  sumber  energi  yang  penting  bagi  kehidupan.  Potensi  energi  matahari dapat  dimanfaatkan  bagi  lingkungan  hidup  manusia  baik  dalam  bidang  pertanian, perkebunan, perikanan, pengembangan industri solar sel sebagai energi alternatif dan lain sebagainya.
Jumlah  radiasi  matahari  yang  diterima  bumi  bergantung  pada  keadaan  atmosfer,  jarak bumi  dari  matahari,  intensitas  dari  radiasi  matahari  dan  lamanya  penyinaran  matahari. Menurut Ance [2] “Intensitas radiasi matahari merupakan absorpsi energi matahari dalam satuan  cm 2 /menit”.  Pengukuran  intensitas  penyinaran  matahari  biasanya  menggunakan lightmeter.
Penyinaran  matahari  akan  tergantung  pada  durasi  atau  lamanya  penyinaran  matahari. Arturo  dkk  [3]  menyatakan  bahwa  “Durasi  penyinaran  matahari  didefenisikan  sebagai jumlah  waktu  (biasanya  dalam  satuan  jam)  radiasi  matahari  langsung  melebihi  batas ambang yaitu 120 W/m 2 ”.  Sedangkan menurut  Peter [4] “Intensitas penyinaran matahari saat  penyinaran  langsung  dalam  satuan  lux  ialah  32.000  sampai  130.000  lux”. Pengukuran  durasi  penyinaran  matahari  pada  umumnya  menggunakan Campbell  Stokes (Stokes Sphere) yaitu alat perekam penyinaran matahari berupa bola kaca yang dirancang untuk  memfokuskan  sinar  matahari  ke  kertas  pias  yang  dipasang  di  belakang  bola  kaca
tersebut. Viorel [5] menjelaskan bahwa “Jumlah titik bakar dalam satuan jam memberikan gambaran nilai durasi penyinaran harian pada saat matahari bersinar cerah”.
Kelemahan Campbell  Stokes diantaranya  adalah  kertas  pias  pencatat  nilai  durasi  harus diganti  setiap  hari,  resolusi  data  durasi  penyinaran  matahari  dalam  satuan  jam,  hasil pengukuran  masih  dalam  bentuk  analog  dan  harus  diolah  secara  manual,  serta  data pengukuran  yang  didapatkan  hanya  durasi  penyinaran,  sedangkan  intensitas  cahaya matahari tidak terukur.
Ridho dkk [6] melakukan penelitian untuk menghasilkan instrumen yang dapat mengindera dan mengukur penyinaran matahari dengan lebih intensif dengan cara mengkombinasikan rangkaian  elektronika  dengan  menggunakan  sensor  cahaya  LDR (Light  Dependent Resistor) . Namun, penelitian ini masih memiliki beberapa kelemahan. Jumlah sensor yang digunakan hanya 8 buah yang disusun dalam rentangan jarak 20 0 sehingga pada beberapa posisi matahari terdapat penyimpangan. Tampilan data masih menggunakan LCD sehingga data yang ditampilkan hanya intensitas pada waktu tertentu dan belum menampilkan data dalam  bentuk  grafik.  Kemudian,  data  hasil  pengukuran  tersimpan  pada  EEPROM Mikrokontroller  ATMEGA8535  yang  memiliki  kapasitas  memory  8  Kbyte  dan  belum  ada komunikasi serial untuk memperoleh data di EEPROM tersebut.
Penelitian lanjutan diperlukan agar data hasil pengukuran dapat ditampilkan di PC secara realtime dan  disimpan  pada  perangkat  penyimpan  PC  yang  memiliki  kapasitas  memori yang  besar.  Keunggulan  dari  penelitian  ini  adalah  tampilan  data  terintegrasi  dengan personal computer (PC)  dengan  memanfaatkan software Borland Delphi  7 sehingga  data dapat  ditampilkan  dalam  bentuk  tabel  dan  grafik  yang  menunjukkan  hubungan  antara intensitas  dan  waktu  pengukuran.  Selain  itu  pergerakan  sensor  cahaya  yang  dikontrol menggunakan  motor  stepper  unipolar  dengan  resolusi  1,8 0 per  step  sehingga  dapat menyesuaikan  posisi  sensor  dengan  posisi  matahari  dalam  pergerakan  semu  harian matahari.
Penelitian  ini  memanfaatkan  satu  buah  sensor  LDR  sebagai  pengindera  cahaya  yang bergerak  mengikuti  pergerakan  semu  harian  matahari.  Yulkifli  [7]  mendefinisikan  bahwa “Sensor adalah sebuah piranti elektronika yang menerima stimulus fisis dan mengubahnya menjadi  sinyal  listrik.  Dengan  menggunakan  sebuah  sensor  dapat  dirancang  berbagai sistem  yang  dapat  bekerja  secara  otomatis”.  Sedangkan  menurut  Zulhendri  [8]  “ Light Dependent Resistor (LDR) atau fotoresistor adalah sensor yang merespon stimulus berupa perubahan  intensitas  cahaya  dan  mengubahnya  menjadi  nilai  tahanan  yang  besarnya tergantung pada intensitas cahaya yang mengenainya”.
Pergerakan  sensor  cahaya  ini  dikontrol  menggunakan  motor  stepper  unipolar  yang bergerak  sebesar  1,8 0 per  step.  Cara  kerja  motor  stepper  ialah  ketika  sebuah  koil  dari motor  stepper  diberikan  energi  maka  poros  motor  stepper  (yang  sebenarnya  adalah sebuah magnet permanen) akan menyesuaikan diri sesuai dengan kutub-kutub kumparan magnet.  Jadi,  ketika  kumparan  motor  terpacu  dalam  urutan  tertentu  maka  poros  motor cenderung  untuk  menyesuaikan  diri  sesuai  dengan  kutub  kumparan  dan  karenanya berputar.  Ramon  [9]  menyatakan  bahwa  “Gerakan  motor  stepper  sesuai  dengan  pulsa- pulsa  digital  yang  diberikan”.  Gerakan  rotor  motor  dapat  dikontrol  dengan  memberikan pulsa-pulsa yang dihasilkan dari sistem digital seperti mikrokontroller.
Menurut  Gilmore  [10]  “Mikrokontroller  merupakan  sebuah  sistem  mikroprosesor  yang dibangun  pada  satu chip ”.  Dalam  perkembangannya,  terdapat  berbagai  jenis mikrokontroller dengan keunggulan spesifikasinya masing-masing. Salah satu diantaranya ialah  mikrokontroller  ATMEGA328  yang  terintegrasi  pada  kit  Arduino  Uno.  Abdul  [11] menyebutkan  bahwa  “Arduino  Uno  adalah  salah  satu  produk  berlabel  Arduino  yang
sebenarnya  merupakan  suatu  papan  elektronik  yang  mengandung  mikrokontroller ATMEGA328  sebagai  sebuah  keping  fungsional”.  Berikut  konfigurasi  pin  mikrokontroller ATMEGA328:
Gambar 1. Konfigurasi pin ATMEGA328
Mikrokontroller  ATMega328  memiliki  arsitektur Harvard ,  Menurut  Eko  [12]  arsitektur Harvard pada  mikrokontroller  ATMEGA328  yaitu  “Pemisahan  antara  memori  untuk  kode program  dan  memori  untuk  data  sehingga  maksimal  dalam  melaksanakan  fungsinya”. Instruksi-instruksi pada memori program dijalankan dalam satu alur tunggal, dimana pada saat  satu  instruksi  dikerjakan  instruksi  berikutnya  sudah  diambil  dari  memori  program akibatnya instruksi-instruksi tersebut dapat dijalankan dalam satu siklus clock .
Gambar 2. Kit Arduino Uno
Mikrokontroller ATMEGA328 merupakan komponen utama dari kit Arduino Uno.  Raka [13] menyebutkan  bahwa  “Mikrokontroler  Arduino  adalah  sebuah platform yang  bersifat open source”. Arduino  memiliki  14  pin  input/output  dimana  6  pin  dapat  digunakan  sebagai output PWM, 6 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack power, kepala ICSP, dan tombol reset.
Helmi [14] menjelaskan kelebihan Arduino ialah “Pada Arduino sudah ada bootloader yang akan menangani upload program dari sistem komputer sehingga tidak perlu perangkat chip programmer , sudah memiliki sarana komunikasi USB sehingga untuk menghubungkannya dengan  PC  tidak  perlu  lagi port  serial /RS323,  dilengkapi  dengan library yang  cukup lengkap  sehingga  memudahkan  dalam  pemrograman,  dan  memiliki  modul  siap  pakai ( shield ) seperti shield GPS, Ethernet , SD Card , dan lain-lain yang siap di pasangkan pada board Arduino”.
Berdasarkan  uraian  tersebut,  dengan  itu  diajukan  sebuah  penelitian  dengan  judul “Pembuatan Sistem Pengukuran Intensitas dan Durasi Penyinaran Matahari menggunakan Sensor LDR Bergerak Menggunakan Motor Stepper dengan Tampilan Realtime PC”.

## 2 Metode Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  di  Laboratorium  Elektronika  dan  Instrumentasi  Jurusan  Fisika Universitas  Negeri  Padang.  Kalibrasi  alat  dilakukan  di  Stasiun  Meteorologi  Kelas  II Minangkabau Padang. Penelitian dilakukan pada bulan Desember 2013 sampai Juli 2014.

## 2.1 Desain Perangkat Keras
Desain  perangkat  keras  yang  dibuat  tersusun  dari  sebuah  kotak  yang  didalamnya ditempatkan  komponen-komponen  elektronika  yang  sudah  dirakit  di  PCB.  Adapun  blok diagram  sistem  pengukuran  intensitas  dan  durasi  penyinaran  matahari  yang  akan  dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.

## Gambar 3. Blok diagram sistem
Dari  Gambar  3  dapat  dijelaskan  setelah  sensor  mendeteksi  penyinaran  matahari,  sinyal sensor  diolah  di  mikrokontroller  ATMEGA328.  Pergerakan  sensor  disesuaikan  dengan pergerakan motor stepper unipolar yang dikendalikan melalui mikrokontroller ATMEGA328 dan  Borland  Delphi  7.  Data  hasil  pengukuran  ditampilkan  di  LCD  dan  PC.  Software mikrokontroller yang digunakan ialah IDE. Rangkaian-rangkaian elektronika ini di letakkan dalam sebuah kotak.
Pada  bagian  luar  kotak  ditempatkan  tampilan  LCD  dan  motor  stepper  yang  terintegrasi dengan  sensor  LDR.  Sensor  yang  digunakan  hanya  satu  buah  yang  diputar  setengah lingkaran  (180 0 atau  dari  pukul  6  pagi  sampai  pukul  6  sore).  Posisi  sensor  dikendalikan oleh pergerakan motor stepper. Motor stepper yang digunakan ialah tipe unipolar dengan resolusi  1,8 0 per  step  artinya  setiap  step  akan  menggerakkan  rotor  sebesar  1,8 0 .  Motor stepper diletakkan diatas kotak sebagai sistem mekanik untuk memutar sensor agar posisi sensor sesuai dengan gerak semu  harian  matahari. Berikut desain  perangkat keras  yang dibuat:

## Gambar 4. Desain perangkat keras

## 2.2 Desain Perangkat Lunak
Perangkat  lunak  merupakan  program  yang  digunakan  untuk  mengendalikan  input  dan output  sistem  yang  dibuat.  Perangkat  lunak  yang  digunakan  dalam  pembuatan  sistem pengukuran  intensitas  dan  durasi  penyinaran  matahari  dengan  tampilan  PC  ini menggunakan  dua  bagian  perangkat  lunak,  yaitu  perangkat  lunak  mikrokontroller Atmega328  berbasis  Arduino  Uno  dan  perangkat  lunak  tampilan  PC  berbasis  Borland Delphi 7.
Perangkat  lunak  mikrokontroller  merupakan  program  yang  ditanamkan  pada chip mikrokontroller  ATMEGA328  yang  terkonfigurasi  pada  kit  Arduino  Uno  untuk  membaca, memproses  dan  mengolah  data  untuk  selanjutnya  ditampilkan  LCD  dan  dikoneksikan dengan PC. Berikut desain flowchart perangkat lunak yang dibuat:
Gambar 5. Flowchart program mikrokontroller
Dari flowchart tersebut  dapat  dilihat  cara  kerja  sistem  perangkat  lunak  yang  dibuat  yaitu ketika  sensor menerima  sinyal analog  yang ditandai  dengan  perubahan  resistansi sensor LDR,  nilai  resistansi  dikonversi  menjadi  tegangan  melalui  rangkaian  pembagi  tegangan yang menjadi input mikrokontroller. Tegangan analog ini dikonversi ke digital melalui ADC 10  bit.  Selanjutnya  tegangan  digital  dikonversi  ke  dalam  besaran  intensitas  melalui persamaan  hubungan  intensitas  dan  tegangan  maksimum  sensor.  Jika  intensitas  cahaya yang  terukur  tidak  sama  dengan  0  maka  pengukuran dilanjutkan  dengan ditampilkannya data  intensitas  pada  LCD  dan  data  dikirim  ke  komputer.  Namun  jika  intensitas  cahaya
sama  dengan  0  atau  tidak  ada  cahaya  yang  dideteksi  sensor  maka  pengukuran  tidak dilakukan.
Untuk  membuat  desain  tampilan  data  intensitas  dan  durasi,  mengendalikan  pergerakan motor stepper dan menyimpan data ke Microsoft Excell digunakan software Borland Delphi 7. Flowchart program tampilan  PC menggunakan software Borland Delphi  7 dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Flowchart program tampilan PC
Berdasarkan  Gambar  6,  program  PC  dibuat  saat  data  sensor  diterima  dari  sistem mikrokontroller. PC membaca data intensitas yang telah diolah oleh sistem mikrokontroller Atmega328 dan membaca waktu dari sistem komputer. Jika intensitas cahaya maksimum yang terbaca kurang dari 32000 lux, data ditampilkan pada tabel intensitas sehingga dapat diketahui besarnya intensitas pada waktu tertentu. Jika intensitas lebih besar dari 32000 lux,  pengukuran  durasi  mulai  dilakukan  dan  data  durasi  ditampilkan  dalam  satuan  jam. Setiap  data  intensitas  yang  ditampilkan  disertai  waktu  pengukuran.  Data  intensitas  ini diukur setiap 2 detik mulai pukul 6 pagi sampai 6 sore. Data ditampilkan dalam tabel dan grafik. Ketika data mulai diinput dari mikrokontroller, sistem PC membaca data dan motor stepper  mulai  berputar  setiap  432  detik  satu  step.  Pada  pukul  18:00:10  WIB,  motor stepper  diset  agar  berputar  kembali  keposisi  semula.  Setiap  data  pengukuran  selain ditampilkan  di  tampilan  PC  berbasis  Borland  Delphi  7,  data  disimpan  secara  otomatis  di Microsoft Excel.
Ketepatan dari sistem dapat ditentukan dari persentase kesalahan antara nilai sebenarnya dengan  nilai  yang  terukur  pada  alat.  Persentase  kesalahan  dapat  ditentukan  dengan menggunakan persamaan:
Persentase kesalahan = (1)
Dimana Yn =  Nilai  sebenarnya  dan Xn =  Nilai  yang  terbaca  pada  alat  ukur.  Ketepatan pengukuran dapat ditentukan melalui persamaan:
(2)
Nilai rata-rata pengukuran dinyatakan dengan:
(3)
Dimana  Xn  adalah  nilai  dari  data  ke-n  dan  n  adalah  jumlah  total  pengukuran.  Untuk mengukur standar deviasi ( ) dapat digunakan persamaan:
(4)
Dari hasil pengukuran dapat dilihat seberapa besar kesalahan relatif pengukuran pada alat dengan menggunakan persamaan:
KR = (5)
Ketelitian dapat ditentukan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Precision = (6) Dimana Xn = nilai dari pengukuran ke-n dan = rata-rata dari set n pengukuran.

## 3 Hasil Penelitian dan Pembahasan

## 3.1 Spesifikasi Performansi Sistem
Sistem  pengukuran  terdiri  dari  seperangkat  kotak  yang  didalamnya  terdapat  rangkaian elektronika, input, dan  output sistem. Kotak terbuat dari material berbahan  dasar  plastik dengan  ukuran  22  cm  x  15  cm  x  7  cm.  Di  bagian  atas  kotak  terdapat  motor  stepper unipolar 1,8 0 per step sebagai sistem mekanik pemutar sensor LDR. Motor stepper ini akan bergerak setiap 432 detik atau 7,2 menit per step. Sehingga dalam 12 jam motor stepper ini  akan  bergerak  sebesar  180 0 .  Motor  stepper  ini  juga  diset  akan  berputar  kembali  ke posisi semula pada pukul 18:00:10 WIB. Berikut bentuk fisik sistem pengukuran intensitas dan durasi penyinaran matahari yang dibuat:

## Gambar 7. Foto sistem pengukuran
Sensor  LDR  terhubung  dengan  motor  stepper  melalui  sebuah  tangkai  yang  dikaitkan dengan  motor  stepper  ini.  Sensor  LDR  yang  digunakan  hanya  satu  buah  dan  tahan  air. Sensor  ini  akan  berputar  mengikuti  pergerakan  semu  harian  matahari  dari  jam  6  pagi sampai 6 sore (180 0 ).
Pada  bagian  dalam  kotak  ditempatkan  rangkaian  elektronika  pembentuk  sistem  (lihat Gambar.8).  Rangkaian  sistem  terdiri  dari  beberapa  blok  rangkaian,  yaitu  rangkaian pengolah  sinyal  sensor,  rangkaian  driver  motor  stepper,  rangkaian  catu  daya,  dan rangkaian mikrokontroller. Sistem dikoneksikan ke PC melalui USB yang terhubung dengan Kit Arduino Uno.

## Gambar 8. Rangkaian sistem
Rangkaian  pengolah  sinyal  ialah  rangkaian  pembagi  tegangan  dengan  catu  daya  5  volt, sensor LDR, dan resistor 330 Ω. Ketika sensor mendeteksi cahaya, resistansi sensor LDR berubah berdasarkan jumlah cahaya yang jatuh padanya. Untuk dapat diproses di sistem mikrokontroller,  sinyal  analog  berupa  nilai  resistansi  ini  diubah  ke  tegangan  melalui rangkaian  pembagi tegangan. Jika resistansi LDR berubah, maka tegangan keluaran juga akan berubah.
Motor  stepper  bergerak  berdasarkan  urutan  pulsa  yang  diberikan  kepada  motor.  Karena itu,  untuk  menggerakkan  motor  stepper  diperlukan  pengendali  motor  stepper  yang membangkitkan  pulsa-pulsa  periodik.  Rangkaian driver motor  stepper  dibangun menggunakan IC ULN2003A.
IC  ULN2003A  adalah  salah  satu  jenis driver motor  stepper  yang  sering  digunakan.  IC ULN2003A  memiliki  7-bit  input,  tegangan  maksimum  50  Volt  dan  arus  500  mA.  IC  ini termasuk  jenis  IC  TTL  yang  didalamnya  terdapat  transistor  darlington,  yaitu  dua  buah transistor yang dirangkai dengan konfigurasi khusus untuk mendapatkan penguatan ganda
sehingga menghasilkan penguatan arus yang besar. IC ULN2003A mempunyai 16 buah pin yang berfungsi sebagai pin input, pin output dan pin catu daya.
Rangkaian  catu  daya  menggunakan  dua  IC  regulator  masing-masing  untuk menghasilkan tegangan  keluaran  12  V  sebagai power motor  stepper  dan  tegangan  keluaran  5  volt sebagai  masukan  mikrokontroller  jika  sistem  tidak  dihubungkan  ke  PC.  Rangkaian mikrokontroller  menggunakan  kit  Arduino  Uno  berbasis  Atmega328  sebagai  sistem mikrokontroller  yang  mengendalikan  kerja  sistem.  Mikrokontroller  Atmega328  berbasis Arduino  Uno  dihubungkan  dengan  output  dan  input  sistem  untuk  mengendalikan, memproses, dan memberikan informasi data dari sinyal yang diterima.
Mikrokontroller Atmega328  mendapatkan  input tegangan  5 Volt dari catu  daya. Jika  catu daya  mati,  sistem  masih  bisa  dijalankan  karena  mendapat  supply  tegangan  dari  PC. Mikrokontroller  dihubungkan  dengan  LCD  melalui  pin  2,3,4,5,12,  dan  13.  Selain  itu, mikrokontroller mengendalikan pergerakan motor stepper dengan koneksi ke driver motor stepper  melalui  pin  8,9,10, dan  11.  Input  dari  sensor  diperoleh  dengan  menghubungkan sensor dengan pin 23. Pada bagian atas kotak ditempatkan juga tampilan LCD agar sistem tetap  bisa  membaca  data  hasil  pengukuran  meskipun  tidak  terkoneksi  ke  PC.  Berikut tampilan LCD pada Gambar 9.
Gambar 9. Tampilan LCD
Untuk  mengetahui  besarnya  durasi  dan  data  pengukuran  secara  lengkap  digunakan tampilan PC berbasis Borland Delphi 7 yang terkoneksi dengan sistem. Tampilan PC dapat dilihat pada Gambar 10.

## Gambar 10. Tampilan PC
PC  menampilkan  data  sistem  pengukuran  berupa  data  durasi,  data  intensitas  setiap  2 detik dan waktu pengukurannya serta grafik perubahan intensitas terhadap waktu selama satu  hari  pengukuran.  Setiap  data  hasil  pengukuran  akan  tersimpan  secara  otomatis  di Microsoft  Excell  ketika  pengukuran  dihentikan.  Penyimpanan  data  seperti  ini
memanfaatkan  fasilitas  OLE (Object  Linking  and  Embedding) yang  tersedia  pada  Borland Delphi  7. Keuntungannya  data  hasil pengkuran  dapat tersimpan  dan  dapat diolah  sesuai kebutuhan  dengan  mudah.  Data  hasil  pengukuran  yang  tersimpan  pada  Microsoft  Excell adalah data pengukuran intensitas cahaya dan waktu pengukurannya.
Data  pada  Microsoft  Excell  dapat  diakses  dengan  cara  membuka  lembar  kerja  Microsoft Excell atau me- restart PC sehingga akan tampil perintah SAVE. Maka dengan meng- cancel icon RESTART PC dan mengisi form SAVE, data akan tersimpan di Microsoft Excell di folder yang ditentukan.
Untuk  menjalankan  sistem,  Klik icon Connect kemudian  klik Running .  Pengukuran  dan penyimpanan  data  mulai  dilakukan.  Grafik  akan  berjalan  secara  otomatis  berdasarkan waktu  dan  perubahan  intensitas  cahaya.  Data  intensitas  dan  waktu  pengukuran  dapat dilihat pada tabel dan diukur setiap 2 detik. Jika intensitas melebihi 32.000 lux data akan muncul  pada  tabel  I>32000  lux  dan  durasi  akan  mulai  dihitung  dan  ditampilkan.  Durasi penyinaran ditampilkan dalam satuan jam.

## 3.2 Spesifikasi Desain Sistem

## 3.2.1 Pengaruh Intensitas Cahaya Matahari Terhadap Tegangan Keluaran Rangkaian Sensor LDR.
Pengaruh  intensitas cahaya  matahari terhadap tegangan  keluaran  sensor diselidiki  untuk memperoleh  persamaan  yang  menyatakan  hubungan  antara  intensitas  cahaya  dengan tegangan  keluaran  rangkaian  sensor  LDR  dengan  cara  mengukur  tegangan  keluaran rangkaian  sensor  LDR  dalam  keadaan  tidak  terbeban  dan  membandingkan  hasil pembacaan intensitas cahaya matahari menggunakan alat standar dengan memvariasikan intensitas  cahaya  yang  mengenai  sensor.  Tegangan  keluaran  diukur  dengan  multimeter digital  sedangkan  intensitas  cahaya  matahari  diukur  dengan  light  meter.  Dari  hasil pengukuran diperoleh data yang diplot pada grafik berikut.

## Gambar 11. Hubungan intensitas cahaya dan tegangan keluaran
Dari  Gambar  11  dapat  dilihat  bahwa  intensitas  cahaya  bertambah  secara  eksponensial terhadap peningkatan tegangan keluaran sensor akibat perubahan nilai resistansi sensor. Dari  grafik  dapat  diketahui  bahwa  koefisien  korelasi  bernilai  0.992  artinya  pengukuran tidak  menyimpang  jauh  dari  pendekatan  grafik.  Melalui  pendekatan  eksponensial  ini diperoleh persamaan hubungan intensitas cahaya dengan tegangan keluaran sensor yang digunakan  untuk mengkonversi nilai tegangan keluaran menjadi  intensitas cahaya  dalam satuan lux, yaitu:
I = 33.825e 1.5698V
(7)

## 3.2.2 Ketepatan Pengukuran Intensitas Cahaya Matahari
Ketepatan  pengukuran  intensitas  cahaya  matahari  dapat  diketahui  dengan membandingkan  data  intensitas  cahaya  yang  terbaca  pada  alat  ukur  dengan  alat  ukur standar. Dari hasil pengukuran diperoleh kesimpulan bahwa alat ukur memiliki persentase ketepatan berkisar antara 94,112% sampai 99,986% dengan  persentase ketepatan rata- rata  sebesar 98,79%  dan  persentase kesalahan  berkisar antara  0,014%  sampai 5,888% dengan persentase rata-rata 1,21%.

## 3.2.3 Ketelitian Pengukuran Intensitas Cahaya
Ketelitian  pengukuran  intensitas  cahaya  diperoleh  dengan  cara  melakukan  pengukuran berulang  terhadap  intensitas  tertentu.  Data  dibandingkan  dengan  alat  standar  yaitu luxmeter.  Dari  data  yang  diperoleh  dapat  diketahui  bahwa  ketelitian  alat  berkisar  antara 0.9979 sampai 0.9999 dengan ketelitian rata-rata alat ialah 0.9993, persentasi kesalahan relatif alat berkisar antara 0.0041% sampai 0.0676% dengan persentase kesalahan relatif rata-rata  alat  bernilai  0.0697%,  dan  standar  deviasi  alat  berkisar  antara  0.950  sampai 87.725 dengan rata-rata standar deviasi ialah 23,965. Pada pengukuran intensitas cahaya dibawah  32000  lux  standar  deviasi  bernilai  kecil  yaitu  berkisar  antara  1  sampai  10, sedangkan  pada  pengukuran  intensitas  cahaya  yang  lebih  besar  dari  32000  lux,  standar deviasi lebih  dari 50. Hal itu  berarti alat ukur  ini sangat baik digunakan  untuk mengukur intensitas cahaya dibawah 32000 lux.

## 3.2.4 Ketepatan Pengukuran Durasi Penyinaran Matahari
Ketepatan  pengukuran  durasi  penyinaran  matahari  diukur  dengan  membandingkan  hasil pengukuran  menggunakan  alat  ukur  yang  dibuat  dengan  alat  ukur  standar.  Pengukuran dilakukan  selama  5  hari  yaitu  pada  tanggal  5  Juli  2014,  6  Juli  2014,  7  Juli  2014,  9  Juli 2014, dan 10 Juli 2014. Alat ukur standar yang digunakan adalah Campbell Stokes yang terdapat  di  Stasiun  Meteorologi  Kelas  II  Minangkabau  Padang.  Data  hasil  pengukuran durasi  penyinaran  matahari  pada  Campbell  Stokes  dibaca  melalui  kertas  pias  yang terdapat  pada  alat  ukur  tersebut,  seperti  pada  Gambar  12.  Perbandingan  data  hasil pengukuran dapat dilihat pada Tabel 2.

## Gambar 12. Kertas pias campbell stokes
Kertas pias yang digunakan pada Campbell Stokes memiliki garis skala yang menyatakan satuan  jam.  Ketika  terjadi  penyinaran  matahari  secara  langsung,  kertas  pias  ini  akan terbakar.  Jumlah  kumulatif  dari  jejak  titik  bakar  ini  disebut  dengan  durasi  penyinaran matahari. Pada Gambar 12 dapat dilihat bahwa nilai durasi penyinaran matahari ialah 7,7 jam atau 462 menit.

## Tabel 1 Data ketepatan hasil pengukuran durasi penyinaran matahari

## Ket :
A = Alat ukur yang dibuat
B = Alat ukur standar
Berdasarkan  data  hasil  pengukuran  pada  Tabel  1,  dapat  diketahui  bahwa  kesalahan sistem  berkisar  antara  2,59%  sampai  8,61%  dengan  kesalahan  rata-rata  sistem  sebesar 6,1232%.  Sedangkan  persentase  ketepatan  sistem  berkisar  antara  91,39%  sampai 97,41% dengan ketepatan rata-rata bernilai 93,876%.

## 3.3 Variasi Intensitas dan Durasi Penyinaran Matahari

## 3.3.1 Variasi Intensitas Cahaya Matahari
Intensitas penyinaran matahari dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah posisi bumi  mengelilingi  matahari  dan  keadaan  awan  di  atmosfer.  Data  pengukuran  variasi intensitas cahaya  matahari selama  satu  hari diambil pada  tanggal  9  Juli 2014.  Dari data dapat diplot grafik untuk mengetahui dan menganalisa perubahan naik turunnya intensitas cahaya  matahari  dalam  waktu  satu  hari.  Gambaran  naik  turunnya  intensitas  cahaya matahari ini dapat dilihat langsung pada saat pengukuran melalui tampilan grafik pada PC (seperti Gambar 13).
Gambar 13. Data hasil pengukuran intensitas cahaya matahari diplot oleh sistem
Pengukuran  dilakukan  mulai  pukul  7:30  WIB  sehingga  ketika  itu  cahaya  matahari  sudah naik secara drastis mulai dari intensitas 8610 lux dan terus naik sampai melebihi 32000 lux.  Sumbu  X  menyatakan  waktu  pengukuran  dalam  satuan  detik.  Pada  grafik  angka  0 pada  sumbu  X  sama  dengan  pukul  7:30  yaitu  interpretasi  dari  waktu  awal  pengukuran.
Intensitas  cahaya  naik  turun  berdasarkan  kondisi  awan  di  atmosfer.  Intensitas  cahaya matahari mulai stabil pada intensitas melebihi 32000 lux yaitu sekitar pukul 9 pagi.
Kondisi  awan di atmosfer sangat menentukan besarnya intensitas cahaya matahari yang menyinari  permukaan  bumi  karena  dapat  menghalangi  penyinaran  secara  langsung. Intensitas cahaya minimum pada tanggal 9 Juli 2014 adalah 888,60 sedangkan intensitas maksimum  adalah  40253  lux.  Dari  hasil  pengukuran  dapat  diketahui  bahwa  durasi penyinaran pada hari Rabu tanggal 9 Juli adalah 203,2 menit.
Pada  saat  pengukuran  berlangsung,  komputer  harus  dipastikan  berada  dalam  keadaan stand - by agar pengukuran tidak terhenti akibat pengiriman data dari mikrokontroller ke PC terganggu. Untuk keperluan pengolahan  data, data  disimpan  dalam format *xls sehingga hasil pengukuran dapat diolah kembali tanpa harus mem- printscreen tampilan data pada PC  saat  pengukuran  berlangsung.  Adapun  data  pengukuran  yang  tersimpan  diplot menggunakan Microsoft Excell dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14. Data hasil pengukuran intensitas cahaya matahari diplot menggunakan

## microsoft excell
Dari Gambar 14 dapat dilihat grafik hasil plot data pengukuran yang tersimpan di Microsoft Excell. Dari grafik terlihat pola kecenderungan intensitas cahaya matahari selama satu hari. Grafik yang ditampilkan di PC dan grafik yang diplot di Excell menunjukkan kesesuaian pola intensitas  yang  sama  selama  satu  hari  pengukuran.  Hal  itu  menunjukkan  bahwa  sistem selain dapat menampilkan  data dalam bentuk tabel juga dapat menampilkan data dalam bentuk  grafik  dengan  akurasi  yang  cukup  baik.  Namun  grafik  pada  Microsoft  Excell merupakan interpretasi data yang diambil setiap 2 detik, sedangkan grafik pada tampilan PC  menggambarkan  data  yang  dicatat  setiap  detik  sehingga  terdapat  perbedaan  kisaran nilai pada sumbu X antara grafik hasil olahan Microsoft Excell dengan tampilan PC. Namun sebenarnya  kedua  grafik  tersebut  tidak  berbeda  karena  menggunakan  data  yang  sama. Sehingga  data  hasil  pengukuran  yang  tersimpan  dapat  dijadikan  acuan  untuk  keperluan pengolahan data, analisis data dan lain sebagainya.

## 3.3.2 Variasi Durasi Penyinaran Matahari
Durasi  penyinaran  matahari  didefenisikan  sebagai  jumlah  kumulatif  lamanya  penyinaran matahari secara langsung selama satu hari. Penyinaran matahari ini akan mempengaruhi faktor-faktor  cuaca  diantaranya  seperti  suhu  udara,  kelembaban  udara,  awan,  dan  curah hujan. Semakin lama penyinaran yang diterima permukaan bumi akan meningkatkan suhu udara, mengurangi kelembaban udara, mempengaruhi penguapan, terbentuknya awan dan mempengaruhi intensitas hujan.
Durasi  penyinaran  matahari  akan  berbeda  setiap  harinya.  Variasi  durasi  penyinaran matahari  diukur  selama  5  hari  untuk  melihat  perbedaan  lamanya  penyinaran  matahari dalam selang waktu  tersebut. Pengukuran  dilakukan  pada  tanggal 5, 6, 7, 9, dan  10 Juli 2014.  Dari  hasil  pengukuran  diperoleh  data  variasi  durasi  penyinaran  yang  dapat  dilihat pada grafik berikut:

## Gambar 15. Variasi durasi penyinaran matahari
Setiap  harinya  durasi  penyinaran  akan  berbeda.  Hal  itu  dipengaruhi  oleh  keadaan  cuaca pada  hari-hari  sebelumnya.  Lamanya  penyinaran  matahari  mempengaruhi  terjadinya penguapan dan intensitas hujan. Dari Gambar 28 terlihat variasi durasi penyinaran setiap harinya. Dari 5 hari waktu pengukuran, durasi penyinaran maksimum adalah pada tanggal 6  Juli  2014  yaitu  450.03  menit  sedangkan  durasi  penyinaran  matahari  minimum  adalah pada  tanggal  5  Juli  2014  yaitu  50.77  menit.  Pengukuran  pada  tanggal  8  Juli  tidak dilakukan karena curah hujan yang tinggi pada hari tersebut sehingga diperkirakan durasi penyinaran adalah 0.
Adapun  kelebihan  sistem  yang  dibuat  dapat  dinilai  dari  sisi  tampilan  dan  penyimpanan data. Data hasil pengukuran ditampilkan pada PC dalam bentuk tabel dan grafik. Dari PC dapat  dilihat  data  hasil  pengukuran  intensitas  setiap  2  detik,  waktu  pengukuran,  data durasi penyinaran matahari dalam satuan jam, dan bentuk grafik naik turunnya intensitas cahaya  matahari  setiap  detik.  Selain  itu  data  secara  otomatis  disimpan  pada  Microsoft Excell sehingga setiap data yang diukur dapat diakses kembali. Kelebihan lain dari sistem ini  dapat  juga  dinilai  dari  sistem  mekanik  dan  jumlah  sensor  yang  digunakan.  Alat  ukur hanya menggunakan satu buah sensor yang bergerak mengikuti pergerakan semu harian matahari.  Pergerakan  sensor  ini  dikendalikan  oleh  motor  stepper  unipolar  yang  berperan sebagai sistem mekanik pada alat ini.
Adapun  kekurangan  dari  alat  ini  yang  pertama  ialah  posisi  sensor  tidak  dapat menyesuaikan dengan pergerakan semu tahunan matahari. Sehingga letak alat ukur perlu diubah  pada  waktu  tertentu  untuk  menyesuaikan  dengan  pergerakan  semu  tahunan matahari. Kelemahan ini dapat diatasi dengan menambahkan sistem mekanik.
Kedua, pada intensitas yang tinggi standar deviasi hasil pengukuran mulai besar, sehingga batas  ukur  untuk  alat  ukur  ini  hanya  sampai  50.000  lux  saja.  Ketiga,  dibutuhkan  kabel power dan USB yang panjang untuk menghubungkan alat ukur ini ke sumber listrik dan PC karena  alat  ukur  ditempatkan  di  taman  terbuka  yang  bebas  halangan  dan  dibutuhkan sistem  charger  sebagai  catu  daya  alternatif  yang  dapat  digunakan  ketika  arus  listrik  dari PLN tidak mengalir.
Penelitian  ini  dapat  dikembangkan  dengan  menambahkan  sistem  mekanik  untuk menyesuaikan  posisi  sensor  dengan  pergerakan  semu  tahunan  matahari.  Selain  itu
penelitian juga dapat dikembangkan dengan membangun sistem berbasis SMS atau web sehingga koneksi dan pengiriman data dapat lebih efisien.

## 4 Kesimpulan
1. Spesifikasi  performansi  sistem  pengukuran  intensitas  dan  durasi  penyinaran matahari dibangun dari beberapa blok rangkaian yaitu rangkaian pengolah sinyal sensor  menggunakan  rangkaian  pembagi  tegangan,  rangkaian  driver  motor stepper  unipolar  menggunakan  IC  ULN2003A,  rangkaian  catu  daya  dengan keluaran  5  volt  dan  12  volt,  dan  rangkaian  mikrokontroller  menggunakan ATMEGA328 Arduino Uno.  Tampilan  sistem  menggunakan  LCD  dan  PC. Tampilan PC  menggunakan  Borland  Delphi  7.  Sensor  yang  digunakan  adalah  satu  buah sensor  cahaya  yang  dikendalikan  oleh  pergerakan  mekanik  motor  stepper.  Data yang diukur disimpan secara otomatis dalam format *xls.
2. Spesifikasi  desain  sistem  pengukuran  intensitas  dan  durasi  penyinaran  matahari ini  diantaranya  ialah  memiliki  ketelitian  rata-rata  pengukuran  intensitas  cahaya matahari sebesar 0.9993 dengan persentasi kesalahan relatif rata-rata 0.0697 % dan  rata-rata  standar  deviasi  ialah  23,965.  Sedangkan  persentase  ketepatan pengukuran  intensitas  cahaya  matahari  ialah  98,79%  dengan  persentase kesalahan  1,21%.  Pada  pengukuran  durasi  penyinaran  matahari,  alat  ukur memiliki  kesalahan  rata-rata  pengukuran  sebesar  6,1232%  dengan  ketepatan rata-rata bernilai 93,876%.

## 5 Daftar Pustaka
[1] Bayong  Tjasyono.  2007. Sains  Atmosfer  dan  Iklim, Disampaikan  pada Short  Course
Ilmu Kebumian untuk Masyarakat Lapan-BMG.
[2] Ance Gunarsih Kartasapoetra. 2012. “ Klimatologi: Pengaruh Iklim Terhadap Tanah dan Tanaman”. Bumi Aksara.
[3] Arturo Sanchez-Lorenzo dkk. 2009. “Dimming / Brightening Over The Iberian Peninsula Trends  in  Sunshine  Duration  and  Cloud  Cover  and  Their  Relations  with  Atmospheric Circulation”. Journal Of Geophysical Research . 114, D00D09.
[4] Peter Hiscocks. 2011. Measuring Light . Ryerson University.
[5] Viorel Badescu. 2008. Modeling Solar Radiation at The Earth’s Surface, Springer.
[6] Ridho  Pratama  dkk.  2013.  “Pembuatan  Sistem  Pengukuran  Durasi  Penyinaran Matahari  Berbasis  Mikrokontroller  ATMEGA8535  Menggunakan  Sensor  LDR”. Jurnal Pillar Of Physics . 2, 99-106.
[7] Yulkifli. 2011. “Sensor Fluxgate”,  STAIN Press ISBN No. 978-602-8887-13-7.
[8] Zulhendri Kamus dan Ridho Pratama. 2013.  “Aplikasi Light Dependent Resistor Untuk Pengembangan  Sistem  Pengukuran  Durasi  Harian  Penyinaran  Matahari”, Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung.
[9] Ramon Zamora dkk. 2005. “Sistem Pengendalian Motor Stepper Tanpa Kabel Berbasis Mikrokontroller AT89C51” . Jurnal Rekayasa Elektrik . 4(2).
[10] Gilmore. 1995.  “Microprocessors: Principles and Applications”. McGraw-Hill.
[11] Abdul  Kadir.  2012.  “Panduan  Praktis  Mempelajari  Aplikasi  Mikrokontroler  dan Pemrogramannya menggunakan Arduino”. Andi Offset.
[12] Eko  Kristianto.  2013.  “Monitoring  Suhu  Jarak  Jauh  Generator  AC  Berbasis Mikrokontroller”. UNY , Yogyakarta.
[13] Raka Agung dan Irwan Susanto. 2012. ”Rancang Bangun Prototipe Penghitung Jumlah Orang  dalam  Ruangan  Terpadu  Berbasis  Mikrokontroller  ATMEGA328P”. Jurnal Teknologi Elektro , 11(1).
[14] Helmi  Guntoro  dkk.  2013.  “Rancang  Bangun  Magnetic  Door  Lock  Menggunakan Keypad dan Solenoid Berbasis Mikrokontroller Arduino Uno”. Jurnal  Electrans.  12 (1), 39-48.