## KONTROL SUHU BERBASIS ARDUINO DENGAN INTERFACE MATLAB SEBAGAI ALAT BANTU PRAKTIKUM FISIKA DASAR
Umi Pratiwi, M. Pd., M. Sc.
Prodi Pendidikan Fisika
Universitas Muhammadiyah Purworejo umisalfa2011@gmail.com

## Abstrak
Alat  bantu  dalam  praktikum  di  laboratorium  khususnya  laboratorium  Fisika  Dasar sangat  menentukan  kelancaran  jalannya  praktikum.  Alat  praktik  menjadi  kendala diantaranya  harga  yang  mahal  ( high  cost ).  Hadirnya  teknologi  mikrokontroler  dan sensor  serta  pemrograman  komputer  mampu  menjembatani  masalah  tersebut sehingga proses kelancaran praktikum  Fisika Dasar tidak terhambat. Salah satu unsur alat praktikum tersebut adalah alat ukur suhu yang mampu mengukur secara realtime. Arduino  sebagai  mikrokontroler  berbasis  AtMega328  serta  sensor  suhu  LM-35  dapat dimanfaatkan  untuk  membuat  alat  pengukur  suhu  digital.  Hasil  pengukuran  akan ditampilkan  melalui  layar  LCD  berukuran  16x2.    Oleh  karena  itu  untuk  membuat  alat peraga  yang  layak  dilakukan  uji  kelayakan  alat  peraga  kontrol  suhu  berbasis  arduino dengan interface matlab sebagai alat bantu praktikum fisika dasar. Uji coba kelayakan alat  peraga  dilakukan  dengan  uji  coba  ke  mahasiwa  semester  III  pada  mata  kuliah praktikum fisika dasar. Uji kelayakan  menggunakan instrumen kuisioner tertutup. Kisi- kisi instrumen kuisioner tertutup uji kelayakan ke mahasiswa meliputi  5  (lima)  aspek yaitu, (1)  kemudahan,  (2)  Kejelasan,  (3)  Kesesuaian,  (4) Tampilan, (5) Kemenarikan. Hasil uji coba menghasilkan 82,34% dalam kategori valid tanpa revisi.
Kata kunci : Kontrol suhu, alat peraga, arduino, matlab, uji kelayakan

## PENDAHULUAN
Teknologi  mikrokontroler  sebagai  salah  satu  produk  teknologi  semikonduktor berkontribusi besar untuk menunjang aktivitas manusia. Perkembangan mikrokontroler  terkini  mampu  melakukan  proses  pengenalan  percakapan  serta pengenalan  gambaran  ( pronounciation  recognition  and  visual  recognition )  sesuai dengan  konteks  kebutuhan  pengguna  (Istiyanto,  2014).  Realisasi  teknologi  tersebut tidak  terlepas  dari  semakin  beragamnya tool  sofware pengembangan  mikrokontroler dengan  bahasa  yang  mudah  dipahami  oleh  pengembang  ( developer ).  Perkembangan
kemajuan  teknologi  mikrokontroler  tidak  terlepas  dari  faktor  pemrogram  dalam pemahaman  konsep  visual  maupn  non-visual  kondisi  lingkungan    atau objek  tertentu yang berimplikasi ke pengguna (Istiyanto, 2014).
Selain  itu,  parameter  kondisi  lingkungan  tidak  hanya  digunakan  sebagai penerjemah  dan  pemberi  kesimpulan  kondisi  lingkungan,  tetapi  dapat  pula dimanfaatkan untuk  membentuk  respon dari  konklusi.    Misalnya  deteksi  hunian  atau informasi  keberadaan  pencuri  maupun  deteksi  kebakaran  atau  banjir,  maka  luaran alarm tidak  hanya  bersifat  pasif  (indikator  atau  penyampai  informasi  ke  pengguna) tetapi  juga  pemilihan  bentuk  tindakan,  yaitu  penentuan  kontak  yang  dituju  (pihak keamanan,  kantor  pusat  polisi,  atau  pemadam  kebakaran)  atau  kontrol  daya  listrik sesaat terjadi banjir (Widodo, 2014).
Algoritma konklusi dapat didefinisikan pengguna (melalui program yang bersifat permanen)  atau  dapat  berupa  sistem  cerdas  yang  mampu  menciptakan  konklusi otomatis berdasarkan data referensi pola dan tindakan pengguna. Mungkin teknologi ini terlihat berbiaya tinggi dan kompleks, tetapi pada kenyataannya teknologi tersebut sebagian  besar  telah  dikembangkan  dengan  basis  mikrokontroler  yang  bersifat low- cost.
Berbagai  kelebihan  dari  mikrokontroler  tersebut  dapat  digunakan  untuk membuat  alat  perga  sebagai  alat  bantu  praktikum  terutama  praktikum  fisika.  Dalam pembelajaran  fisika,  mahasiswa diharapkan  tidak  hanya  menguasai  konsep-konsep fisika    secara    teori    tetapi    juga    mampu  menggunakan    metode    ilmiah    untuk membuktikan    konsep-konsep    fisika    yang  didapat    dari    teori    tersebut.    Praktik aboratorium    adalah    salah    satu    cara    yang  ditempuh  untuk  mencapai  tujuan  ini. Hampir    semua    dasar-dasar    fisika    yang  diajarkan    kepada    mahasiswa    didasarkan pada  percobaan/eksperimen,    dimana    dalam  eksperimen    tersebut    memerlukan pengukuran seperti pengukuran suhu. Pengukuran suhu yang selama ini menggunakan termometer mempunyai banyak kekurangan sehingga diperlukan alat ukur suhu yang lebih presisi.
Berdasarkan pertimbangan di atas maka dibuat alat ukur kontrol suhu berbasis arduino  dengan  interface  matlab  sebagai  alat  bantu  Praktikum  Fisika  Dasar.    Alat
peraga yang telah dibuat dilakukan evaluasi  untuk  menentukan  layak  atau tidaknya suatu  media    pembelajaran.    Dengan  demikian    akan    menghasilkan    media pembelajaran    yang    baik  dan  membantu  mahasiswa  memahami  matari  yang dipelajari,  sehingga  dapat    mencapai    tujuan    pembelajaran.  Diharapkan  dengan  alat ukur  suhu  dengan  mikrokontroler  arduino  dapat  membantu  mahasiswa  dalam menyelesaikan permasalahan yang dihadapi dan menghasilkan praktikum berkualitas.

## METODE PENELITIAN

## 1. Penyusunan Instrumen Penelitian
Instrumen  yang  digunakan  untuk mengumpulkan  data  yaitu  kuisioner/angket. Kuisioner  yang  digunakan  adalah  kuisioner tertutup,  yakni   kuisioner  yang  telah disediakan  pilihan  jawabanya  sehingga responden  tinggal  memilih  jawaban  sesuai hanya    dengan    memberi    tanda    cek    pada  kolom-kolom    jawaban    yang    telah disediakan  ( Check    list ).    Pada    penelitian    ini    instrumen  tersebut  digunakan  untuk pengumpulan  data  dari  responden  dengan  memberikan  kuisioner  ke  mahasiswa sebagai  uji  kelayakan  alat  kontrol  suhu.  Penilaian  atau  uji  kelayakan  alat  pengukur suhu  ini  menggunakan  acuan  penilaian  media  pembelajaran  menurut  Arsyad  (2011). Kisi-kisi penilaian media pembelajaran menurut Arsyad sebagai berikut:

## Menyusun Angket
Angket  disusun  berdasarkan  kisi-kisi yang  sebelumnya  telah  disusun menurut Arsyad,  butir-butir dari  kisi-kisi  dikembangkan  menjadi  sebuah pertanyaan  pendek, sehingga responden (mahasiswa) hanya mengisi dengan chek list

## Menentukan Jenis Data
Data yang diperoleh dalam uji coba kelayakan alat ukur suhu ada dua  jenis yaitu: data  kualitatif  adalah    tanggapan  yang  diberikan  oleh  mahasiswa  peserta  praktikum yang  berupa  kritikan  maupun  saran  tentang  produk  hasil  alat  ukur  suhu.  Data kuantitatif didapatkan dari penilaian kuisioner/angket ang diperoleh dari mahasiswa.
. Tabel 2. Kriteria Penilaian
(Fuada, 2015)

## Menentukan Teknik Analisis Data
Setelah  alat ukur suhu selesai dibuat  atau  diproduksi maka  akan dilakukan uji kelayakan  dengan  responden  mahasiswa  semester  III  atau  disebut  validasi.  Validasi tersebut  bertujuan  untuk mengukur  validitas  atau  kelayakan alat ukur suhu untuk penggunaan yang akan datang yang berupa kuisioner atau angket. Adapun rumus yang digunakan    untuk    mengolah    data   dari    mahasiswa  sebagai  pengguna berdasaarkan Akbar  dalam Fuada (2015) adalah,  alat ukur suhu berbasis arduino  ini  sudah dapat dimanfaatkan  dalam  proses  belajar mengajar  apabila  sudah  mencapai  mencapai kriteria    valid    (62,51%    -    81,25%)    dan    sangat  valid        (81,26%    -    100%).    Rumus validasi uji kelayakan alat kontrol suhu sebagai berikut:
Pedoman  dalam  pengambilan  keputusan dari  analisis  data  menggunakan  skala kualifikasi    untuk    menentukan    kesimpulan  dari  apa  yang  telah  tercapai.    Kriteria validitas    dilakukan    dengan    proses  sebagai    berikut:    Jumlah    item    validasi  untuk penilaian  mahasiswa    adalah    12    item,    sehingga  skor  maksimal    apabila    validator memberi    skor  4  semua  untuk  seluruh    item  adalah  12  x  4  =  48.  Skor  terendahnya adalah 12 x 1 = 12, selanjutnya  dimasukkan  ke  persamaan   (1) sehingga  (12/48)  x 100%    =    25%    untuk  persentase    minimal,    dan    100%    untuk  persentase  maksimal. Selisih skor maksimal  dengan minimal adalah 75. Menggunakan konversi skala Likert dengan  empat  tingkatan,  maka  kita  membuat  kriteria  validitas  menjadi  empat    kelas interval.  Besar  interval  antar kelas diperoleh dengan membagi  selisih  skor maksimal dan    skor    minimal  menjadi    empat,  berarti    18,75%.    Peneliti    dapat  menentukan sendiri    kriteria    validitas  disesuaikan    dengan    banyaknya    item    dalam  instrumen validasi  dan  cara  menilai  membuat  skornya  (Fuada,  2015).  Berdasarkan    perhitungan tersebut, maka  ditetapkan  kriteria  presentase  dengan pedoman  interprestasi  yang digunakan ditunjukkan  pada  Tabel  3.
Tabel 3. Kriteria Validitas

## 2. Pembuatan Alat Ukur Suhu

## A. Rancangan Sistem
Sistem  kontrol  suhu  berbasis  Arduino  ini  dirancang  secara  sederhana menggunakan  komponen  utama  sensor  LM35.  Desain  sistem  dapat  dilihat  pada gambar 1 di bawah ini.
Va = Penilaian mahasiswa Tse = Skor yang diharapkan/skor maksimal
TSh = Skor/nilai yang dperoleh dari uji coba terendah

## Gambar 1. Rancangan Sistem
Untuk  menampilkan  hasil  pengukuran,  maka  digunakan  layar  LCD  16x2  I2C  yang dihubungkan  dengan  pin-pin  pada  mikrokontroler  Arduino.  Secara  umum,  sistem didesain sebagai berikut.
Gambar 2. Desain Sistem secara keseluruhan

## B. Analisis Kebutuhan System

## 1. Board Arduino UNO R3
Arduino  merupakan  salah  satu  produk  edukasi  mikrokontroler  sebagai proyek  rintisan  berlisensi  terbuka  dan  mampu  difungsikan  sebagai  produk  akhir. Struktur antarmuka mikrokontroler Arduino yang sederhana memberi kemudahan pengguna dalam memahami parameter (visual maupun non-visual) seperti konsep sensor atau penerapan sensor elektronik yang tidak selalu bisa diamati langsung, seperti  sinar  infra  merah  (Premeux  dalam  Istiyanto  2014).  Arduino  sendiri
merupakan  salah  satu  jenis    papan  (board)  yang  berisi  mikrokontroler  (Kadir, Abdul 2014).
2. Sensor LM-35
Sensor  suhu  LM35 merupakan  komponen  elektronik  dalam  bentuk  chip  IC dengan 3 kaki (3 pin) yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis, berupa suhu atau  temperature  sekitar sensor menjadi  besaran  elektris  dalam  bentuk perubahan  tegangan.  Sensor  suhu  LM35  memiliki  parameter  bahwa  setiap kenaikan 1 ºC tegangan keluarannya naik sebesar 10 mV dengan batas maksimal keluaran  sensor  adalah  1,5  V  pada  suhu  150  °C.  Misalnya  pada  perancangan menggunakan  sensor  suhu  LM35  kita  tentukan  keluaran  adc  mencapai full  scale pada  saat  suhu  100  °C,  sehingga  saat  suhu  100  °C  tegangan keluaran transduser(10mV/°C x 100 °C) = 1V (http://e-belajarelektronika.com).
Meskipun  tegangan  sensor  suhu  LM35  ini  dapat  mencapai  30  volt  akan tetapi  yang  diberikan  kesensor  adalah  sebesar  5  volt,  sehingga  dapat  digunakan dengan  catu  daya  tunggal  dengan  ketentuan  bahwa  LM35  hanya  membutuhkan arus  sebesar  60  µA  hal  ini  berarti  LM35  mempunyai  kemampuan  menghasilkan panas  (self-heating)  dari  sensor  yang  dapat  menyebabkan  kesalahan  pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5  ºC pada suhu 25 ºC
Berikut Ini Adalah Karakteristik Dari Sensor Suhu LM35.
a. Memiliki  sensitivitas  suhu,  dengan  faktor  skala  linier  antara  tegangan  dan suhu 10 mVolt/ ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
b. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .
c. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
d. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
e. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
f. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
g. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
h. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

## 3. LCD 16x2
LCD  ( Liquid  Crystal  Display )  adalah  suatu  jenis  media  tampil  yang menggunakan  kristal  cair  sebagai  penampil  utama.  LCD  sudah  digunakan diberbagai  bidang  misalnya  alal–alat  elektronik  seperti  televisi,  kalkulator,  atau pun  layar  komputer.  Pada  postingan  aplikasi  LCD  yang  dugunakan  ialah  LCD  dot matrik  dengan  jumlah  karakter  2  x  16.  LCD  sangat  berfungsi  sebagai  penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat.
Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah :
a. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.
b. Mempunyai 192 karakter tersimpan.
c. Terdapat karakter generator terprogram.
d. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit.
e. Dilengkapi dengan back light.
4. Jumper Wire
Jumper  Wire (kabel  jumper)  digunakan  untuk  menghubungkan  berbagai macam modul/sensor ke pin milik Arduino. Ada berbagai tipe jumper wire seperti male to male, male to female, dan Female to female.
5. Baterai 9 Volt
Baterai  digunakan  sebagai  catu  daya  bagi  semua  komponen  termasuk mikrokontroler dan sensor.
6. Pemrograman Kontrol Suhu pada Arduino IDE
Arduino  IDE  ( Integrated  Develompent  Environment )  atau  Lingkungan Pengembangan  Terintegrasi  merupakan  interface  (antarmuka)  dalam  menuliskan kode-kode pemrograman untuk mengontrol sistem. Arduino IDE didasarkan pada bahasa C yang disederhanakan. Tampilan Arduino IDE dapat dilihat pada gambar 8.

## Gambar 3. Arduino IDE

## 7. Matlab
Matlab digunakan sebagai tools komputasi untuk menampilkan grafik secara realtime. Dengan komunikasi port yang telah didefinisikan maka nilai pembacaan sensor  dapat  diambil  lalu  kemudian  dilakukan  pembuatan  grid  tabel  yang menampilkan grafik realtime pengukuran suhu terhadap waktu.

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

## Produk Pembuatan Alat Kontrol Suhu
Setelah  melalui  perakitan  alat  dan  pemrograman  pada  Arduino  IDE,  maka dihasilkan  alat  (lihat  gambar  9)  yang  mampu  mengukur  suhu  secara realtime menggunakan  sensor  suhu  LM-35.  Hasil  pembacaan  sensor  dapat  dilihat  pada  layar LCD yang didesain menggunakan delay 1 detik. Artinya setiap detik, akan ditampilkan perubahan suhu sesuai kondisi yang diukur.
Gambar 4. Hasil Rancangan Alat
Selain nenampilkan hasil melalui layar LCD, hasil pembacaan sensor juga dapat dilihat pada menu Serial Monitor pada Arduino IDE seperti pada gambar 10.
Gambar 5. Tampilan hasil pengukuran melalui Serial Monitor Arduino IDE
Selain  hasil  monitoring  di  serial  monitor  Arduino  IDE,  juga  dapat  dilihat  pada aplikasi yang dibangun menggunakan Matlab 2012 (lihat grafik 1).
Grafik 1. Grafik Suhu terhadap Waktu secara realtime di Matlab

## Hasil Validasi Alat Kotrol Suhu
Berdasarkan  uji  kelayakan  dengan  validasi  alat  kontrol  suhu  terhadap mahasiswa pada paraktikum Fisika Dasar diperoleh hasil 82,34% termasuk valid tanpa revisi.  Hasil  tersebut  dilakukan  pada  24  Mahasiswa  Pendidikan  Fisika  UM  Purworejo mata  kuliah  Praktikum  Fisika  Dasar  Materi  Kalorimeter.  Hasil  angket  mahasiswa memberikan  penilaian  relevan  pada  materi  yang  diajarkan,  memberikan  kemudahan dalam  pengukuran  suhu  dengan  presisi  dan  mudah  digunakan.    Masukan  dan  saran untuk alat kontrol suhu pada pengemasan yang kurang menarik karena masih terlihat kabel dan perangkat elektronikanya.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  uraian  di  atas,  maka  dapat  disimpulkan  bahwa  dengan memanfaatkan pemrograman mikrokontroler menggunakan Arduino dan sensor suhu dapat  dijadikan  untuk  membuat  alat  pengukur  suhu  secara  digital  yang  dapat digunakan  untuk  keperluan  praktikum  di  laboratorium  khususnya  Fisika  Dasar. Pembacaan hasil pengukuran dari sensor dapat ditampilkan dalam bentuk log data dari serial  monitor  Arduino  IDE  dan  juga  antar-muka  Matlab.  Penelitian  ini  bisa dikembangkan  dengan  menggunakan  gabungan  sensor-sensor  lain  sehingga  bisa digunakan pengaruh dua variabel pengukuran seperti suhu dan kelembaban, suhu dan perubahan warna, dan lain sebagainya.

## DAFTAR PUSTAKA
Arsyad,  A.  2011. Media  Pembelajaran . Jakarta: Rajawali Pers.
Fuada,  Syifaul.  2015. Pengujian  Trainer Oscilator  Wien  Bridge  (Jembatan  Wien) dengan  Menggunakan  Osciloskop  dan Frekuensi  Counter .  Prosiding  seminar nasional  pendidikan  “Inovasi  Pembelajaran  untuk  Pendidikan  Berkemajuan” FKIP Universitas Muhammadiyah Ponorogo.  Hlm 855-861.
Sugiharto, Aris. 2006. Pemrograman GUI dengan Matlab. Yogyakarta. Penerbit Andi.
Kadir, Abdul. 2013. Buku Pintar Pemrograman Arduino. Yogyakarta. Penerbit Andi
Istiyanto, J. E. 2014. Pengantar Elektronika dan Instrumentasi, Pendekatan Project
Arduino & Android. Yogyakarta. Penerbit Andi.
Kadir, Abdul. 2014. Arduino, From Zero to Hero . Yogyakarta. Penerbit Andi
Widodo & Dewin. 2014. Artificial Intelligence, Konsep dan Penerapannya.
Yogyakarta. Penerbit Andi.
http://e-belajarelektronika.com/bentuk-dan-karakteristik-sensor-suhu-lm35/ diakses tanggal 15 Nopember 2016