Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
DOI: doi.org/10.21009/SPEKTRA.023.05
PENGEMBANGAN ALAT PERAGA BINTIK MATAHARI MENGGUNAKAN LED BERBASIS ARDUINO
Yoky Novra Silta 1, a) , Yudhiakto Pramudya 12, b)
1 Program Studi Magister Fisika Universitas Ahmad Dahlan, Jalan Pramuka 42, Sidikan, Umbulharjo, Yogyakarta 55161
2 Pusat Studi Astronomi Universitas Ahmad Dahlan, Jalan Pramuka 42, Sidikan, Umbulharjo, Yogyakarta 55161
Email: a) yokynovrasilta11@gmail.com, b) yudhiakto.pramudya@pfis.uad.ac.id

## Abstrak
Bintik matahari yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari merupakan hal menarik untuk divisualisasikan melalui alat peraga dalam proses belajar menganjar. Alat peraga bintik matahari menggunakan software Arduino dilengkapi  oleh  lampu  LED  pada  alat  peraga  tersebut.  Perhitungan  periode  rotasi  diketahai melalui  jejak-jejak  bintik  matahari  sehingga  dapat  divisualisasikan  oleh  alat  peraga  bintik  matahari berdasarkan data tanggal jejak bintik matahari tersebut. Peneliti membatasi tanggal jejak bintik matahari selama  8  hari  terhitung  dari  tanggal  6  Oktober  2016  sampai  13  Oktober  2016.  Penggabungan  jejak bintik  matahari  dari  tanggal  6  Oktober  2016  sampai  12  Oktober  2016  (7  hari)  dan  tanggal  7  Oktober 2016 sampai 13 Oktober 2016 (7 hari) menghasilkan data I dan data II. Perhitungan hasil periode rotasi matahari  pada  data  A  dan  data  B  adalah  sama  28  hari  sehingga  divisualisasikan  kedalam  alat  peraga bintik  matahari.  Alat  peraga  beroperasi  dengan  baik  terlihat  dari  lampu LED pada  alat  peraga menyala/mati sesuai perintah program Arduino dengan tampilan serial monitor.
Kata-kata kunci : Alat Peraga, Bintik Matahari, Arduino

## Abstract
Sunspots in daily life is an interesting object to be visualized into an instrument applied in the teaching and learning process. The sunspots instrument applied Arduino software completed with LED light. The calculation  of  the  periodic  of  rotation  was  discovered  through  the  sunspots  traces,  so  that  it  could  be visualized  by  the  sunspots  instrument  based  on  the  sunspots  traces.  The  researcher  limited  the  date  of the sunspots traces into 8 days ,started from October, 6th 2016 until October, 13th 2016. The merging of sunspots  traces  started  from  October  6th  2016  until  October  12th  2016  (  7  days)  and  at  the  date  of October 7th 2016 until October 13th 2016 (7 days ) produced data I and data II. The calculation result of the  sun  periodic  of  rotation  were  equally  28  days,  so  that  it  could  be  visualized  into  the  sunspots instrument. The instrument was successfully operated, indicated from the LED light which was turning on  and  off  accordingly  to  the  instructions  of  the  Arduino  program  with  the  display  of  serial monitor.Keywords : Instrument, Sunspots, Arduino
Keywords : Instrument, Sunspots, Arduino
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## PENDAHULUAN
Bintik  matahari  adalah  salah  satu  fenomena  dinamika  matahari  yang  berkaitan  dengan  aktivitas magnetik matahari. Bintik matahari terlihat lebih gelap dari pada permukaan sekitarnya. Jumlah dan ukuran  bintik  matahari  dapat  bervariasi.  Posisi  bintik  matahari  berubah  seiring  dengan  perputaran matahari  pada  porosnya  atau  disebut  dengan  rotasi  matahari.  Sehingga  dengan  melakukan pengamatan bintik matahari secara berkala, periode rotasi matahari dimungkinkan untuk dihitung.
Penelitian  tentang  dinamika  bintik  matahari  berguna  bagi  pengembangan  astronomi.  Penelitian tentang  klasifikasi  bintik  matahari  yang  dilakukan  oleh  Trung  Thanh  Nguyen,  dkk. Pengkarakterisasian  bintik  matahari  dilakukan  secara  visual  dari  segi  ukuran,  bentuk,  dan  posisi bintik  matahari.  Selanjutnya,  bintik  matahari  diklasifikasikan  berkaitan  dengan  peta  daerah  aktif ( active  region  maps ).  Selain  bermanfaat  bagi  informasi  astronomi,  fenomena  astronomi  yang berkaitan dangan tata surya dapat digunakan dalam proses pembelajaran fisika dan astronomi.
Penelitian yang dilakukan oleh Nur Hikmah berupa pembuatan purwarupa alat peraga astronomi untuk  siswa  tuna  netra.  Alat  peraga  yang  dibuat  adalah  sistem  tata  surya  dan  gerhana  yang berkatagori  baik.  Selain  itu  alat  peraga  tata  surya  juga  telah  dibuat  oleh  Efina  Rahmawati  berupa pengembangan alat peraga sistem tata surya bagi siswa tunanetra yang mendapat respon sangat baik dari  pengguna.  Dalam  perkembangan  teknologi  terkini,  alat  peraga  pendidikan  dapat  berupa  audio, visual dan audio-visual.
Penggunaan arduino sebagai  mikrokontroler  pada  alat  peraga  pendidikan  telah  dilakukan  oleh sejumlah  peneliti.  Penelitian  yang  dilakukan  oleh  Sulistyaningsih  berupa  rancang  bangun  sistem kendali pola tactile pada magnetorheological fluid berbasis arduino . Produk yang dibuat adalah alat bantu terkendali yang dijadikan media belajar membaca bagi penyandang tuna netra. Alat bantu ini dapat dijadikan sebagai alat bantu peraga pendidikan dalam proses pembelajaran.
Semua  peralatan  dan  perlengkapan  sekolah  termasuk  alat  peraga  pendidikan  harus  disesuaikan dengan  tuntutan  kurikulum  dan  materi,  metode,  dan  tingkat  kemampuan  pembelajar  (siswa)  untuk mencapai  tujuan  pembelajaran.[1]  oleh  karena  itu,  penelitian  ini  membuat  alat  peraga  pendidikan tentang bintik matahari sesuai dengan tujuan pembelajaran. Selain itu alat peraga bintik matahari ini juga dapat digunakan untuk praktikum perhitungan periode rotasi matahari.

## LANDASAN TEORI

## Bintik Matahari (Sunspot)
Bintik  matahari  merupakan  perpotongan  tabung  medan  magnet  matahari (magnetic  flux  tube) dengan fotosfer. Bintik matahari tampak hitam karena medan magnet mempunyai efek pendinginan sehingga  suhu  bintik  matahari  lebih  rendah  dari  pada  sekitarnya.  Medan  magnet  yang  dihasilkan dari  bintik  matahari  terbukti  merupakan  sumber  energi  gangguan  dari  matahari,  misalnya  ledakan dahsyat  ( flare )  atau  pelontaran  massa  korona  ( Coronal  Mass  Ejection  /  CME )  (Setiahadi  et.al., 2006).  Fenomena  ini  dapat  mengganggu  lingkungan  antariksa  di  sekitar  Bumi  maupun  fasilitas teknologi dan kehidupan di permukaan Bumi . [2]
Pemunculan  bintik  matahari  diawali  dengan  munculnya  sebuah  bintik  hitam  berukuran  kecil. Seiring dengan waktu, bila tabung medan magnet terus-menerus keluar dari dalam matahari akibat gaya  apung  ( buyouncy force ),  maka  akan  tampak  dua  buah  bintik  dengan  polaritas  medan  magnet berlawanan (bipola r).  Bintik  matahari  berkembang  menjadi  konfigurasi  lebih  kompleks,  yaitu jumlah  bintik  dan  luas  bertambah.  Semakin  kompleks  suatu  konfigurasi  bintik  matahari,  semakin besar  kemungkinan  terjadi  ketidakstabilan (instability) medan  magnet  sehingga  memicu  peristiwa flare atau CME.[3]
Tahapan evolusi bintik matahari dinyatakan dalam “ Modified - Zurich Sunspot Classification ”, yaitu kelas A, B, C, D, E, F (tingkat kompleksitas bertambah) dan kemudian berangsur-angsur menurun hingga akhirnya menjadi kelas H seperti pada gambar 1.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
O 
Gambar 1. Klasifikasi “Modified - Zurich Sunspot Classification” (McIntosh, 1990).
Peneliti  menggunakan sunspot class  H  untuk  menghitung  periode  rotasi  matahari.  Terbentuknya  bintik matahari  garis  medan  magnet  menimbulkan  perbedaan  rotasi  matahari  pada  kutub  dan  ekuator  sehingga informasi  perubahan  posisi  bintik  matahari  pada  fungsi  waktu  dapat  digunakan  untuk  perhitungan  rotasi matahari.
Gambar 2. Bintik Matahari ( sunspot ) kiri 6 Oktober 2016 dan kanan 13 Oktober 2016 (sumber : solarham.net)
Pada gambar 2 terlihat bahwa bintik matahari pada tanggal 6 oktober dan 13 oktober. Selama rentang waktu ( t ) 8  hari  bintik  matahari  telah  bergeser  posisinya  mengikuti  gerak  rotasi  matahari.  Pergeseran  posisi  bintik matahari dapat dinyatakan dengan terlihat seperti gambar 3. Sudut dibentuk oleh segitiga AOB. Titik A adalah titik posisi matahari pada hari ke-1 (6 Oktober) dan titik B adalah titik posisi matahari pada hari ke-8 (13 Oktober). Titik O adalah titik tengah diameter tampak piringan matahari.
Gambar 3. Perhitungan rotasi matahari
. y x A B
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Setelah  melihat  gambar  3  maka  dapat  dihitung  periode  rotasi  matahari  ( T )  dengan  jejak  bintik matahari dengan persamaan berikut :
t T     360 (1)
sehingga :
 t T    360 (2)

## LED (light-emitting diode)
Dioda  cahaya  atau  lebih  dikenal  dengan  sebutan LED (light-emitting  diode) adalah    suatu semikonduktor    yang    memancarkan    cahaya  monokromatik  yang  tidak  koheren  ketika  diberi tegangan maju. Sebuah LED adalah sejenis diode semikonduktor istimewa. Tak seperti lampu pijar dan  neon, LED mempunyai  kecenderungan  polarisasi.  Chip LED mempunyai  kutub  positif  (anoda) dan  negatif  (katoda)  dan  hanya  akan  menyala  bila  diberikan  arus  maju  seperti  pada  gambar  4.  Ini dikarenakan LED terbuat  dari  bahan  semikonduktor  yang  hanya  akan  mengizinkan  arus  listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit  arus  yang  melewati  chip LED .  Ini  menyebabkan  chip LED tidak  akan  mengeluarkan  emisi cahaya. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan  adalah  tegangan  maju.  Tegangan  yang  diperlukan  sebuah  dioda  untuk  dapat  beroperasi adalah tegangan maju.

## Gambar 4. LED

## Arduino Leonardo
Arduino Leornardo sebuah platform dari physical computing yang bersifat open source . Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi merupakan kombinasi dari hardware , bahasa pemrograman  dan  Integrated  Development  Environment  (IDE)  yang  canggih.  IDE  adalah  sebuah software  yang  sangat  berperan  untuk  menulis  program,  meng- compile menjadi  kode  biner  dan mengunggah ke dalam memory microcontroller . [4]
Mikrokontroler  adalah  sebuah  rangkaian  terpadu  tunggal,  dimana  sebuah  blok  rangkaian  yang dijumpai  sebagai  unit-unit  terpisah  di  dalam  sebuah  komputer  digabungkan  menjadi  satu. Mikrokontroler  mampu  melaksanakan  semua  kerja  pemrosesan  kompleks  yang  diperlukan  untuk menghubungkan input (atau input-input ) sistem ke output (atau output-output )-nya. Arduino Leonardo adalah papan mikrokontroler berbasis Atmega32U4 (datasheet Atmega32U4). Arduino  Leonardo  memiliki  20  pin input/output yang  mana  7  pin  dapat  digunakan  sebagai  output PWM (pulse  width  modulation) dan  12  pin  sebagai input  analog ,  16  MHz  kristal  osilator,  koneksi micro  USB, jack  power  suplay tegangan,  header  ICSP  (in-circuit  serial  programming)  dan  tombol reset. Ini semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler seperti yang terlihat pada gambar 5. Namun pin tersebut bekerja secara bit atau independen terhadap pin yang lain (tidak bekerja secara Byte/Port ).  Cukup  dengan  menghubungkannya  ke  komputer  melalui  kabel  USB  atau  power dihubungkan dengan adaptor AC-DC atau baterai untuk mulai mengaktifkannya.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Gambar 5. Bagian dari papan Arduino Leonardo (sumber : arduino.cc)
Spesifikasi dari Arduino Leonardo adalah mikrokontroler ATmega32u4 dengan tegangan operasi : 5 V, Input Voltage (disarankan): 7-12 V, Input Voltage (limit) : 6-20 V,Digital I/O Pin : 20 pin, Channel PWM : 7 pin, Input Analog : 12 pin, Arus DC per pin I/O : 40 mA, Arus DC untuk pin 3,3 V : 50 mA, Flash Memory: 32 KB (Atmega32u4) 4 KB digunakan oleh bootloader, SRAM : 2,5 KB(ATmega32u4), EEPROM : 1 KB (Atmega32u4), Clock Speed :16 MHz. Software Arduino yang digunakan adalah driver dan IDE ( integrated development environment ) seperti yang terlihat pada gambar 6. IDE merupakan program untuk suatu komputer agar dapat membuat suatu rancangan atau sketsa program untuk papan Arduino. Driver dipasang agar komputer dapat terhubung dengan Arduino.

## Gambar 6. Tampilan Arduino IDE pada Laptop ASUS

## METODE PENELITIAN/EKSPERIMEN

## Alat dan Bahan
Alat peraga matahari diameter 40 cm; luas permukaan akrilik 45cm x 45cm; lampu LED berukuran 5 mm; sumber arus listrik ( USB laptop) ; Arduino Leonardo ; kabel penghubung; resistor 1K; penggaris; busur; laptop. Alat dan bahan dalam penelitian dapat dilihat pada gambar 7.

## Prosedur Penelitian
1. Alat peraga bintik matahari dihubungkan ke laptop.
2. Software arduino dioperasikan sesuai program kemudian akan muncul serial monitor pada laptop.
3. Menulis perintah “mulai” pada serial monitor.
4. Simulasi alat peraga siap dijalankan
5. Lampu LED menyala dan mati sesuai tanggal observasi sunspot
6. Perhitungan data A dan data B dapat dilakukan berdasarkan simulasi alat peraga
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## Gambar 7. Alat penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menvisualisasikan  media  belajar  berupa  alat  peraga  bintik  matahari menggunakan LED berbasis Software  Arduino. Dalam  kehidupan  sehari  dapat  kita  temui  bintik  matahari, sehingga  kita  bisa  menghitung  periode  rotasinya.  Pada  percobaan  ini,  peneliti  membatasi  bintik  matahari sebagai  data  hanya  pada  tangal  6  oktober  2016  sampai  13  oktober  2016.  Setelah  memperoleh  data,  peneliti membagi  menjadi  2  data  dalam  percobaan  ini.  Data  I  (tanggal  6-12  oktober  2016)  dan  data  II  (7-13  oktober 2016)  sehingga  perhitungan  menentukan  rotasi  matahari  dapat  dilakukan  dengan  skema  perhitungan  seperti gambar 8
Gambar 8. Hasil Perhitungan menentukan rotasi matahari.
Posisi bintik matahari berdasarkan tanggal dapat diketahui pada tabel 1 setelah disesuiakan dengan pengukuran menggunakan busur.
Tabel 1. Posisi lintang dan bujur (solarham.net) Bintik matahari Lintang Bujur Tanggal 6 oktober 2016 30 o 42 o 78 o
(130 o -52 o )
Tanggal 7 oktober 2016 30 o 52 o Tanggal 8 oktober 2016 30 o 75 o Tanggal 9 oktober 2016 30 o 90 o Tanggal 10 oktober 2016 30 o 109 o 78 o
(120 o -42 o )
Tanggal 11 oktober 2016 30 o 110 o Tanggal 12 oktober 2016 30 o 120 o Tanggal 13 oktober 2016 30 o 130 o
Hasil  perhitungan  rotasi  dan  posisi  lintang  dan  bujur  bintik  matahari  dapat  divisualisasikan  melalui softwere arduino berdasarkan alur kerja Arduino pada gambar 9 berikut.
INPUT = Data (I/II)
Perhitungan dengan:
 t T    360
OUTPUT= Periode rotasi matahari
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Gambar 9. Alur kerja program Arduino
Tabel. 2 Perhitungan periode rotasi Bintik matahari Tanggal T Data I 6-12 Oktober 2016 28 hari Data II 7-13 Oktober 2016 28 hari
Dari tabel 2 dapat terlihat bahwa hasil dari perhitungan periode rotasinya adalah sama.
Gambar 10. Proyeksi bintik matahari pada
Gambar 11. Proyeksi bintik matahari pada tanggal 6-12 Oktober 2016
tanggal 7-13 Oktober 2016
maka : diperoleh perhitungan data I
START IF INPUT “Mulai” SET LED, High SET LED, Low Delay for 2000ms Delay for 2000ms END
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
hari
Diperoleh perhitungan data II
hari

## KESIMPULAN
Dari hasil penelitian  yang telah dilakukan diperoleh nilai periode rotasi matahari data  I dan data  II adalah sama, T = 28 hari. Alat peraga bintik dapat dioperasikan dengan baik sesuai perhitungan terlihat dari tampilan pada serial monitor. Lampu LED pada alat peraga dapat menyala dengan baik disertai dengan tampilan serial monitor sesuai dengan tanggal data tertentu.

## PUSTAKA
[1] Hamalik, Oemar. 1989. Media Pendidikan. Bandung : PT. Citra Aditya Bakti
[2] Bothmer,  V.  and  Daglis,  I.A.  (2007). Space  Weather,  Physics  and  Effects .  Springer-Praxis Publishing.
[3] Anwar,  B.,  Acton,  L.W.,  Makita,  M.,  Hudson,  H.S.,  McClymont,  A.N.  and  Tsuneta,  S. (1993). Rapid  Sunspot  Motion  During  A  Major  Solar  Flare .  Solar  Physics,  147,  pp.    287- 303, Kluwer Academic Publisher.
[4] Djuandi,  Feri.  2011. Pengenalan  Arduino ,  (http://  www.tobuku.com/docs/Arduino- Pengenalan.pdf diunduh pada tanggal 17 Oktober 2016 pukul 20.35)
[5] Djamaluddin,  T., Analisis  Dampak  Anomali  Peralihan  Siklus  23  dan  Siklus  24  Aktivitas Matahari pada Lingkungan Bumi , Matahari dan Antariksa, Seri ke-5, 2011.
[6] Arduino. 2016. Arduino Leonardo (online), https:// www.arduino.cc diakses pada tanggal 16 Oktober 2016)
[7] Neflia. 2008. Matahari sebagai Sumber Cuaca Antariksa . jurnal.   Lapan :  peneliti   bidang matahari dan antariksa, Berita dirgantara  vol. 9  no.1  maret 2008:6-11
[8] Solarham. 2016. Solarham Sunspot (online), https://www. solarham.net diakses pada tanggal 21 Oktober 2016)
[9] Trung Thanh Nguyen, Claire P. Willis, Derek J. Paddon, and Hung Son Nguyen. On learning of  sunspot  classification.  In  Mieczyslaw  A.  Klopotek,  Slawomir  T.  Wierzchon,  and Krzysztof Trojanowski, editors, Intelligent Information Systems, Proceedings of IIPWM’04, May 17-20, 2004, Zakopane, Poland, Advances in Soft Computing, pages 59–68. Springer, 2004.