Proseding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya Sabtu, 19 November 2016 Bale Sawala Kampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor
DATA LOGGER SENSOR SUHU DS18B20 MENGGUNAKAN MICROCONTROLLER ARDUINO UNO DENGAN ANTARMUKA PYTHON PADA PEMBELAJARAN SUHU DAN KALOR A. HANDJOKO PERMANA*, DEWI MULIYATI, DIMAS NURACHMAN Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Jakarta, Jl. Rawamangun Muka Jakarta Timur 13220 Abstrak. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui prinsip kerja dari data logger sensor suhu DS18B20 menggunakan microcontroller Arduino Uno dengan antarmuka Python pada pembelajaran suhu dan kalor. Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode Research and Development (R & D) yang mengacu pada Model Pengembangan Dick & Carey yang telah dimodifikasi oleh Atwi Suparman yaitu Model Pengembangan Instruksional (MPI). Alat yang dibuat dapat mendeteksi dan merekam data – data suhu di suatu ruangan atau pada suatu benda. Data logger sensor suhu berfungsi sebagai pengukur dan pemonitor perubahan data suhu dengan tingkat ketelitian 0,01°C tiap 1000 ms serta menampilkan hasil perubahan data suhu secara real time dengan antarmuka Python sebagai tampilan. Sensor suhu yang digunakan adalah tipe DS18B20, dengan rentang pengukuran dari -55 °C sampai +150 °C. Dari hasil pengujian di laboratorium, data logger sensor suhu ini dapat digunakan untuk mengukur suhu ruangan dan suhu suatu benda. Data logger sensor suhu DS18B20 menggunakan microcontroller Arduino Uno dengan antarmuka Python, telah bekerja sesuai dengan prinsip kerjanya. Simulasi yang dihasilkan merupakan produk yang dapat digunakan sebagai media pembelajaran suhu dan kalor di sekolah. Kata kunci : Data Logger, DS18B20, Arduino Uno, Python, Pembelajaran Suhu dan Kalor Abstract. Purpose of research singer is to review determine working principle from the data logger temperature sensor DS18B20 using Arduino Uno microcontroller with the learning Python interface temperature and heat. The study was conducted using with methods Research and Development (R & D) that refers on development model Dick & Carey that has modified by Atwi Supaman namely Model Pengembangan Instruksional (MPI). Tools made can be detected and recorded data - data temperature in a room or at one material. Data logger temperature sensor serves as a data estimator and monitors temperature changes with accuracy rate of 0.01 ° C at 1,000 ms as well as displaying the findings Temperature Operating data changes in real time with Python as a display interface. The temperature sensor used is the type of DS18B20, with measurement range from -55 ° C up to 150 ° C. From the findings in laboratory testing, data logger Singer temperature sensor can be used to measure the temperature of the room review and temperature one material. Data logger temperature sensor DS18B20 using Arduino Uno microcontroller with Python interface, has working with accordance principle works. The resulting simulations are products can be used as a learning temperature and heat in the school. Keywords : Data Logger, DS18B20, Arduino Uno, Python, Learning Temperature And Heat
*
email :
[email protected]
Kode Artikel: FINS-06 ISSN: 2477-0477
A. Handjoko Permana dkk
1. Pendahuluan Seiring dengan pesatnya kemajuan teknologi di berbagai bidang, maka daya pikir manusia mengenai teknologi tinggi sebagai kebutuhan akan semakin meningkat pula. Dari perkembangan kompleks tersebut, tentu akan bermunculan teknologi – teknologi baru. Kemajuan teknologi tersebut sangat membantu di segala bidang, tidak terkecuali bidang instrumentasi dan informasi. Seperti halnya sensor, yang kini banyak digunakan untuk mendapatkan informasi yang diinginkan tanpa keterbatasan ruang dan waktu dengan mendayagunakan secara maksimal cara kerja sistem sensor tersebut, yang dalam aplikasinya dibantu dengan mkirokontroler [1]. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi saat ini sangatlah pesat, terutama hal – hal yang dapat memebantu pekerjaan manusia sehingga menjadi lebih mudah dan efisien. Seperti pencatatan suhu yang saat ini dilakukan secra manual membuat pekerjaan menjadi kurang efisien. Jika pencatatan suhu dilakukan secara terus – menerus selama selang waktu tertentu secara manual, tentu bukanlah suatu pekerjaan yang mudah, dan pastinya menjadi kurang efektif. Misalnya pencatatan suhu terhadap suatu benda tertentu secara terus menerus. Pencatatan suhu tersebut tentu akan menjadi lebih mudah jika tanpa harus mencatat secara manual dengabn waktu tertentu [2]. Dalam kasus ini dibutuhkan suatu alat yang dapat membuat pekerjaan pencatatan suhu tersebut agar menjadi lebih efisien dan mudah. Maka dibutuhkan suatu alat elektronik yang berfungsi untuk mencatat data dari waktu ke waktu secara berkesinambungan,yang dikenal dengan nama data logger[3]. Hanya dengan memasang sensor suhu tersebut pada suatu benda tertentu dan menghubungkannya ke data logger, maka dapat diketahui berapa suhunya secraa terus menerus, lalu data pengukuran tersebut dapat disimpan pada memori eksternal yang berupa SD card. Selanjutnya data tersebut dapat ditampilkan pada layar monitor berupa grafik dan tabel. Bidang yang seringkali memanfaatkan pembacaan dan penerimaan sensor, terlebih sensor suhu, untuk suatu penelitian adalah bidang fisika. Salah satu pokok bahasan dalam bidang studi fisika yang seringkali memanfaatkan sistem tersebut pada proses kegiatan pelaksanaan pembelajarannya adalah pokok bahasan suhu dan kalor. Berdasarkan data yang didapatkan, 82% peserta didik menyatakan kesulitan dalam membayangkan proses fisis pada pokok bahasan suhu dan kalor, terutama dalam memahami bagaimana proses fisis terjadinya grafik perubahan suhu ketika suhu benda tersebut ditingatkan[4]. Sehingga perlu adanya media agar peserta didik tidak lagi merasakan kesulitan dalam membayangan proses fisis yang terjadi dan tidak direpotkan oleh urusan pencatatan data secara manual. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan sebuah data logger sensor suhu, dengan sensor suhunya adalah sensor suhu DS18B20, yang berbasis pada mikrokontroler Arduino Uno, dan dapat ditampilkan pada layar monitor berupa grafik dan tabel menggunakan aplikasi Python. Diharapkan simulasi yang dihasilkan dapat digunakan sebagai media pembelajaran suhu dan kalor di sekolah.
116
Data Logger Sensor Suhu DS18B20 Menggunakan Microcontroller Arduino Uno.....
2. Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah penelitian dan pengembangan (Research and Development). Penelitian dan pengembangan (research and development) merupakan metode penelitian yang digunakan untuk mengembangkan atau memvalidasi produk-produk yang nantinya akan digunakan dalam bidang pendidikan dan pembelajaran. Hasil dari penelitian dan pengembangan ini tidak hanya mengembangkan sebuah produk yang sudah ada melainkan juga untuk menemukan jawaban atas permasalahan praktis (Borg, W.R & Gall. Edicational Research, Seventh Edition 2002). Model penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah model yang dikembangkan oleh Atwi Suparman dengan langkah – langkah penelitian yang sebagian besar dipengaruhi oleh model The Systematic Design of Instruction oleh Dick and Carry (2009) yaitu, Model Pengembangan Instruksional (MPI). Produk penelitian yang dikembangkan yaitu berupa simulasi data logger menggunakan microcontroler Arduino Uno dengan sensor suhu DS18B20. Penggunaan simulasi berupa data logger menggunakan microcontroler Arduino Uno dengan sensor suhu DS18B20 ini diharapkan dapat menjadi alternatif yang dapat digunakan dalam pembelajaran suhu dan kalor di sekolah. Desain penelitian pengembangan yang digunakan dalam penelitian ini mengacu pada Model Pengembangan Instruksional (MPI) yang dikembangan oleh Atwi Suparman yang ditunjukkan pada gambar 1[5]. Penelitian ini dilakukan di laboratorium elektronika dan di laboratorium penelitian dan pengembangan media Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Jakarta dan produk pengembangan diuji cobakan di SMA LABSCHOOL UNJ Cibubur. Waktu penelitian dilakukan pada bulan Febuari 2016 – Juli 2016.
Gambar 1. Bagan Tahapan Pengembangan Termometer dengan Data Logger Menggunakan Microcontroller Arduino Uno
117
A. Handjoko Permana dkk
Skala Likert adalah skala yang digunakan untuk mengukur sikap, pendapat, dan persepsi seseorang atau sekelompok orang tentang fenomena sosial. Untuk menentujan presentase keberhasilan dari sebuah pengembangan yang dihasilkan, digunakan perhitungan sebagai berikutSkala Likert adalah skala yang digunakan untuk mengukur sikap, pendapat, dan persepsi seseorang atau sekelompok orang tentang fenomena sosial. Untuk menentujan presentase keberhasilan dari sebuah pengembangan yang dihasilkan, digunakan perhitungan sebagai berikut:
P( K ) =
S × 100% N
(1)
Keterangan: P(K)
= persentase komponen
S
= jumlah skor komponen hasil penelitian
N
= jumlah skor maksimum
Data yang diperoleh selanjutnya diinterpretasikan skornya. Batas baik tidaknya produk tersebut untuk dijadikan alternatif media pembelajaran didasarkan pada kriteria yang terdapat pada tabel 1. Tabel 1. Intepretasi Skor Skala Likert No. 1. 2. 3. 4. 5.
Persentase (%) 0,0 – 20,0 20,1 – 40,0 40,1 – 60,0 60,1 – 80,0 80,1 – 100,0
Interpretasi Sangat Kurang Kurang Cukup Baik Baik Sangat Baik
3. Hasil dan Pembahasan Prinsip Kerja Alat Prinsip kerja alat ini adalah pembacaan data dari sensor suhu DS18B20 waterproof dalam bentuk data tegangan dari suatu benda yang nantinya akan diteruskan dan diproses menjadi keluaran berupa data digital berbentuk data suhu dalam satuan °C dan K . Data suhu yang dihasilkan akan dikirim menuju LCD Shield Arduino Uno untuk ditampilkan. Pembacaan suhu dengan menggunakan sensor suhu DS18B20 waterproof dilakukan secara teruis menerus secara real time dengan memanfaat kan IC DS1307 sebagai komponen untuk menyesuaikan waktu penelitian dan pengambilan data dengan waktu yang sebenarnya yang sedang berjalan. Data suhu yang ditampilkan dalam LCD Shield Arduino selanjutnya akan mengalami logging data dan data – data yang ada akan dikirm menuju Arduino Logging Data Shield untuk disimpan secara real time, sehingga tidak akan terjadi kehilangan data ketika sedang melaksanakan percobaan. Data – data suhu tyersebut disimpan secara ekstersnal yakni menggunakan Micro SD Card dengan 118
Data Logger Sensor Suhu DS18B20 Menggunakan Microcontroller Arduino Uno.....
format .CSV yang nantinya akan langsung adapat ditampilkan dalam Ms. Excel. Setelah data – data suhu yang ada telah ditampilkan di LCD Shield Arduino dan sudah di logging dalam Arduino Logging Data Shield serta disimpan dalam Micro SD Card dengan format .CSV, Selanjutnya data – data tersebut akan di tampilkan dengan tabel dan Diagram secara real time dengan menggunakan antar muka Python untuk medapatkan informasi perubahan suhu terhadap waktu dengan penggambaran berupa Diagram. Dalam pengembangan alat ini, komponen – komponen yang ada dikemas dengan menggunakan casing akrilik transo bening dan komponen – komponen sengaja dibuat secara semi-terbuka agar peserta didik dapat melihat langsung komponen utama dari termometer digital yang dikembangkan. Dalam pengembangan, alat ini dilengkapi dengan tombol reset jika sewaktu – waktu Arduino gagal melakukan pembacaan data dari sensor suhu DS18B20 waterproof. Uji Coba Kelayakan Produk Simulasi Produk simulasi diuji cobakan kepada pendidik, dan tanggapan peserta didik terhadap alat peraga yang dibuat. Uji coba kelayakan ini dilakukan untuk mengetahui tingkat kualitas dari produk simulasi yang dibuat. A. Deskripsi Hasil Validasi Guru Fisika Produk simulasi divalidasi oleh guru dengan tujuan untuk mengetahui apakah produk simulasi ini dapat digunakan di sekolah dan memiliki kesesuaian dengan kondisi pembelajaran yang ada di sekolah. Jumlah guru fisika yang melakukan validasi terhadap produk simulasi ini sebanyak 4 orang guru fisika, terdiri dari 2 guru fisika SMA Negeri 17 Bekasi dan 2 guru fisika SMA LABSCHOOL Cibubur. Penilaian uji validasi terdiri dari 5 indikator, yaitu (1) kesesuaian isi, (2) kesesuaian konsep, (3) desain, dan (4) interaksi. Adapun data yang diperoleh dari guru fisika SMA disampaikan pada tabel 2. Tebel 2. Validasi Guru Fisika Skor Ratarata (%) 95,50
No.
Indikator
Penilaian
1
Kesesuaian Isi
2
Kesesuaian Konsep
94,58
Sangat Baik
3
Desain
100,00
Sangat Baik
4
Interaksi
93,33
Sangat Baik
Rata-rata keseluruhan
95,85
Sangat Baik
Sangat Baik
Dari validasi yang dilakukan oleh guru diperoleh rata-rata keseluruhan aspek sebesar 95,85 %. Berdasarkan skala Likert diperoleh penilaian bahwa kualitas alat peraga ditinjau dari segi kesesuaian isi, kesesuaian konsep, isi media, desain dan eksplorasi keterampilan proses sains dinilai sangat baik. 119
A. Handjoko Permana dkk
B. Deskripsi Hasil Uji Coba Peserta Didik Produk simulasi ini diimplementasikan terhadap peserta didik kelas XI MIA SMA LABSCHOOL Cibubur. Ujicoba dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui respon peserta didik terhadap penggunaan alat peraga dalam pembelajaran fisika, khususnya penggunaan produk simulasi ini pada pokok bahasan suhu dan kalor. Penilaian yang diberikan oleh peserta didik terdiri dari 2 indikator, yaitu (1) desain, dan (2) interaksi. Penilaian diberikan melalui lembar kuesioner uji empirik (lampiran). Adapun hasil dari uji empirik yang dilakukan disampaikan pada tabel 3. Tabel 3. Hasil Uji Coba Peserta Didik Skor Rata-rata (%)
No.
Indikator
1
Desain
90,09
Sangat Baik
2
Interaksi
100,00
Sangat Baik
95,05
Sangat Baik
Rata-rata keseluruhan
Penilaian
Dari uji empirik yang dilakukan pada peserta didik SMA LABSCHOOL Cibubur, diperoleh skor rata-rata keseluruhan aspek sebesar 95,05 %. Berdasarkan skala Likert diperoleh penilaian bahwa kualitas produk simulasi sensor suhu DS18B20 dengan data logger menggunakan Arduino Uno ditinjau dari segi desain dan interaksi dinilai sangat baik. 4. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian, maka diperoleh nilai rata-rata angket hasil uji validasi terhadap guru fisika 95,85 % dan hasil uji coba produk simulasi terhadap peserta didik adalah sebesar 95,05 % yang diinterpretasikan sangat baik. Sehingga produk simulasi sensor suhu DS18B20 dengan data logger menggunakan microcontroller Arduino Uno dapat bekerja sesuai dengan yang diinginkan yaitu, dapat berfungsi sebagai pencatat suhu benda dengan waktu pencacahan suhu setiap 1000 ms, serta dapat digunakan sebagai media pembelajaran suhu dan kalor di sekolah.
120
Data Logger Sensor Suhu DS18B20 Menggunakan Microcontroller Arduino Uno.....
Ucapan terima kasih Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada M.Si, Bapak Almahsun S.Pd, Ibu Anindita C. P., S.Pd, dan Ibu Ir. Dwi Kartini, atas masukan dan sarannya sebagai validator dalam penelitian ini Daftar Pustaka 1. L. Wardhana, Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega 8535, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2006, p.198. 2. A. P. Malvino, Prinsip – Prinsip Elektronika, Jilid 1, Edisi Ketiga, Erlangga, Jakarta, p.394. 3. Sonoku, Data Logger Bagian – 2, http://sonoku.com, 2011. 4. Viajayani, Eka. R, dkk., Pengembangan Media Pembelajaran Fisika Menggunakan Macromedia Flash Pro 8 Pada Pokok Bahasan Suhu dan Kalor, Jurnal Pendidikan Fisika, 2013, p.149 – 150. 5. Suparman, Atwi, Desain Instruksional Modern, Jakarta, Erlangga, 2014.
121
