Memahami Pengawatan Seluruh Part pada Skematik

 
 

Abstraksi

 

Beberapa perangkat lunak seperti Electronics WorkBench (EWB), Protel dan EAGLE adalah sebuah paket simulasi untuk menggambar rangkaian-rangkaian elektronika beserta rangkaian papan tercetaknya (PCB). Perangkat lunak ini membantu untuk mendisain dan membuat PCB tanpa memerlukan ukuran komponen real. Operasi perangkat lunak ini menggunakan cara mengklik dan memindahkan komponen dan garis penghubung, sehingga membuat editing rangkaian dan jalur PCB secara cepat dan mudah. Perubahan parameter dan komponen-komponen rangkaian dapat dilakukan langsung, yang mana membuat analisa “Apa….jika….” dapat langsung terjawab. 
Tutorial ini mengenalkan secara cepat kelebihan-kelebihan dasar perangkat lunak EAGLE ini. Pertama tutorial, membimbing anda melalui langkah-langkah dasar pembuatan rangkaian bersama dengan pembuatan PCB. Akhirnya tutorial memberikan pemahaman secara mendetail tentang cara membuat rangkaian elektronika menggunakan EAGLE. Itu akan sangat membantu memahami elektronika jika anda menggunakan EAGLE dalam proses interaktiv yang bermanfaat. Pada saat pertama anda membuka EAGLE, tersedia sebuah jendela rangkaian kosong dengan toolbar rangkaian, menejemen file, tool editing dan tool grafik dan tool bar part komponen yang mana dari toolbar ini anda dapat memilih elemen-elemen rangkaian. 
Manfaat pemahaman cara membuat rangkaian elektronika melalui artikel ini adalah dapat membuat Pengawatan Menggunakan Fungsi Kawat (Wire), Ikatan Pengawatan(Bus), Menampilkan Informasi Part (Info), Tanda Koneksi Pengawatan (Junction), Pengawatan Tegangan dan Ground, Pengawatan Jaringan (Net) dan Konfirmasi Board. EAGLE memberikan sedikit batasan pada parameter, jadi tidak terlalu berbeda dengan komponen-komponen real. Tata letak dan ukuran PCB beserta tembaga penghubungnya dapat cicetak sesuai dengan ukuran disain.

Kata kunci : EAGLE, Rangkaian elektronika

 

Memahami Pengawatan Seluruh Part pada Skematik

Setelah semua part diletakan pada skematik, seluruh part akan dihubungkan satu dengan yang lain. EAGLE mempunyai kelebihan dalam hal kawat, jarring, bus, lingkaran, busur untuk pengawatan semua part. Saat ini akan dibahas tentang pengawatan. Biasanya jarring digunakan untuk mengganti ketebalan dari sebuah pola pengawatan menurut jenis dari pengawatan.

1.    Pengawatan Menggunakan Fungsi Kawat (Wire)

Bila tombol “Wire” ditekan, itu menjadi mode dari pengawatan menggunakan fungsi pengawatan dan pengawatan dilakukan untuk semua part. Pertama, ketika klik kiri pada kaki part, titik awal dari pengawatan ditentapkan. Setelah itu, klik ganda pada titik akhir pengawatan. Tidak diperlukan untuk menekan mouse secara terus menerus selama pengawatan. Untuk menghentikan fungsi ini, klik tombol “Cancel”.

Untuk kasus titik awal dan titik akhir yang tidak segaris, ketika gerakan mouse menuju ke titik akhir, pengawatan akan membentuk sudut 90 derajat secara otomatis.

Dalam kasus titik awal dan titik akhir tidak segaris dan harus melingkari part yang lain, itu dapat dilakukan dengan klik kiri pada tempat jalan pengawatan yang diinginkan. Gambar kawat dapat dihapus dengan tombol “Delete”.

 

Dialog pemilihan ditampilkan bila penetapan ujung kawat pada tempat percabangan kawat. Sebuah nama kawat harus ditetapkan. Pengawatan yang saling dihubungkan disebut jarring (net) dan menjadi nomer kawat yang sama.

Saat ini, kawat nama “N$4” diletakan pada penghubung IC1D dan C2. Sebuah kawat dari R5 telah dihubungkan disana sebelumnya. Sebuah kawat nama “N$8” sudah ada karena sebuah kawat dari R5 telah dipasang. Oleh sebab itu, kawat dengan nama berbeda telah terhubung pada titik ini. Dialog ini menawarkan pilihan nama kawat. Jika memilih N$4, nama kawat ini menjadi N$4.

2.    Ikatan Pengawatan(Bus)

Untuk kasus rangkaian seperti CPU, kadang kala menggambar lebih dari satu kawat pada posisi parallel. Skematik menjadi rumit dan membutuhkan ruang untuk menggambarnya. Skematik dapat menggambar secara sederhana menggunakan BUS.

Menekan tombol “Bus” dan menggambar bus pada skematik

Tentukan jumlah kawat yang akan diikat dalam nama bus. Bila menekan tombol “Name” dan klik sebuah bus, dialog yang menentukan nama akan tampil.

b[..7] berarti nama bus adalah b dan indeks rendah 0 dan indeks tinggi adalah 7.

Klik tombol Net dan menghubungkan part dan bus.

Klik terminal part sebagai titik awal dan klik sebuah bus sebagai titik akhir. List nama bus yang dihubungkan akan ditampilkan. Semua nama dari bus dari indeks terendah sampai tertinggi ditunjukkan pada list ini. Pengawatan akan dilakukan bila nama koneksi di klik. Saluran bus adalah satu kawat, tapi pengawatan dilakukan untuk semua kawat yang ada pada nama bus.

Nama pengawatan bus ditambahkan ketika klik tombol “Label” dan klik pengawatan dimana nama akan ditempelkan. Untuk menganti posisi label, tekan tombol “Move” dan drag tanda + dari label. Jadi, jika menekan tombol kanan mouse, sudutnya akan berubah. Posisi label bergerak sepanjang grid.

Pada Board, pengawatan sesuai dengan nama pengawatan skematik.

3.    Menampilkan Informasi Part (Info)

Bila konfirmasi nama kawat diatas telah dilakukan dan seterusnya, tombol “Info” digunakan untuk menampilkan informasi pengawatan part. Untuk mengentikan fungsi ini, klik tombol “Cancel”.

4.    Tanda Koneksi Pengawatan (Junction)

Sebuah tanda bulatan hitam diletakkan pada simput dari pengawatan. Tanda ini mempunyai relasi ke pengawatan board tercetak. Itu mengkonfirmasikan koneksi dari kawat bila seseorang melihat skematik. Khususnya, hubungan silang kawat, membuat kesalahan ketika tidak meletakkan sebuah tanda. Bila tombol “junction” ditekan, tanda bulatan akan bergerak mengikuti pointer mouse. Karena bulatan bergerak sepanjang grid, itu menetapkan simpul dari pengawatan. Tanda akan digambar pada skematik ketika klik kiri mouse pada simpul. Untuk menghentikan fungsi ini, klik tombol “Cancel”.

5.    Pengawatan Tegangan dan Ground

Saat ini data sinyal digunakan untuk tegangan dan ground. Ketika data-data sinyal ini digunakan, tidak perlu lagi menghubungkan tegangan dan ground dengan kawat pada skematik. Skematik dapat menggambarkan itu secara sederhana dengan data sinya.

Simbol tegangan yang diakui setiap tegangan adalah +5V, +12V dan seterusnya. Ketika pengawatan tegangan yang dipisahkan , maka harus menggunakan symbol yang berbeda seperti +5V(A), +5V(B) dan seterusnya. Atribut symbol ditentukan oleh nama terminal dari symbol tegangan. Simbol-simbol tegangan dan ground harus dibuat sebelum menggambar skematik.

Terminal dari bermacam-macam symbol yang diletakkan pada skematik akan terkoneksi pada board. Bila sebuah konektor untuk terminal masukan tegangan, dapat dikawatkan jika peletakan symbol tegangan ke pin konektor.

Simbol Ground berlaku untuk pengawatan seluru part terminal pada skematik seperti halnya symbol tegangan.

Karena banyak arus listrik mengalir melalui penghubung tegangan dan ground dari pada penghubung sinyal, maka perlu digambar dengan pola tebal kawat. Terdapat sebuah cara menggunakan Net Class untuk menentukan ketebalan (tebal) pola kawat. Pola dapat digambarkan secara manual tanpa menggunakan Net Class.

Sebagai contoh, rangkaian dibawah ini:

6.    Pengawatan Jaringan (Net)

Saat menggunakan net, sebuah class akan ditentukan Net Class.

Dengan menekan tombol “Auto”, maka pada board pengawatan pada sisi TOP dan BOTTM menjadi :

7.    Akhir dari Penggambaran Skematik

Skematik telah lengkap bila semua penetapan pengawatan dan tanda koneksi telah ada.


8.    Pemeriksaan Aturan Kelistrikan (ERC)

Setelah skematik digambar lengkap, itu harus dikonfirmasi apakah terdapat kesalahan koneksi atau tidak. Kesalahan dapat secara otomatis ditemukan oleh tombol “ERC” (Electrical Rule Check). Dalam skematik ini, pesan  akan ditampilkan.

Peringatan ini disebabkan karena nama dari tegangan adalah +5V. Itu bukan kesalahan.

9.    Konfirmasi Board

Di saat ini, konfirmasi board dilakukan. Sebab koneksi dari setiap part telah berakhir, koneksi terminal dari part pada board telah dilakukan. Garis kuning spanjang part adalah garis dimana menunjukkan sebuah koneksi seluruh part. Tetapi garis-garis yang tidak kuning adalah belum pengawatan untuk board.


 

Kesimpulan

Manfaat pemahaman cara membuat rangkaian elektronika melalui artikel ini adalah dapat membuat Pengawatan Menggunakan Fungsi Kawat (Wire), Ikatan Pengawatan(Bus), Menampilkan Informasi Part (Info), Tanda Koneksi Pengawatan (Junction), Pengawatan Tegangan dan Ground, Pengawatan Jaringan (Net) dan Konfirmasi Board. EAGLE memberikan sedikit batasan pada parameter, jadi tidak terlalu berbeda dengan komponen-komponen real. Tata letak dan ukuran PCB beserta tembaga penghubungnya dapat cicetak sesuai dengan ukuran disain.

Referensi

.............., EAGLE (Easily Applicable Graphical Layout-Editor) Tutorial Version 4.1, CadSoft Computer Inc, 2004.

.............., http://www.cadsoftusa.com/download-eagle/

MENGENAL POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE FUEL CELL

Mengenal

Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell

 

Sudaryono -Widyaiswara PPPPTK BOE Malang

sudaryono_2000@yahoo.com

 

Abstrak

Polymer Electrolyte Membrane (PEM) Fuel Cell merupakan sumber tenaga listrik di masa mendatang karena keistimewaannya dibandingkan dengan sumber tenaga lain.  PEM Fuel Cell memiliki energi spesifik yang relatif tinggi dan kemampuan mencatu daya listrik yang cukup besar. PEM Fuel Cell dengan bahan bakar hidrogen dapat mengganti baterai sebagai sumber energi listrik untuk menggerakkan motor listrik pada mobil listrik.  Honda dan Toyota adalah dua pabrikan mobil yang mengembangkan mobil listrik dengan menggunakan sumber tenaga listrik fuel cell. Mereka akan memasarkan mobil listrik dengan bahan bakar hidrogen pada tahun 2015.

 

Kata kunci: PEM Fuel Cell, Hidrogen, Mobil Listrik

 

1.   Pengertian Umum

Fuel cell adalah peralatan elektrokimia yang mengkonversi energi kimia dari bahan bakar menjadi energi listrik secara terus menerus. Fuel cell menggunakan bahan bakar hidrogen dan oksidannya  adalah gas oksigen atau udara. Dipilih hidrogen sebagai bahan bakar fuel cell karena dianggap memenuhi dua alasan utama yaitu ramah lingkungan dan secara alamiah hidrogen tersedia dalam jumlah besar hingga bisa dimanfaatkan dari generasi ke generasi.  Jenis sumber energi ini mengeluarkan limbah berupa air.

Fuel cell terdiri dari plat anoda, plat katoda dan lapisan elektrolit. Nama  PolymerElectrolyte Membrane Fuel Cell disingkat dengan PEM Fuel Cell diambilkan dari jenis elektrolitnya. Lapisan elektrolit terbuat dari lembar polimer padat sangat tipis yang berupa membran. Selain nama tersebutbiasa juga disebut Proton Exchange Membrane Fuel Cell.

 

2. Perbedaan Baterai Dengan Fuel Cell

Baterai dan fuel cell mempunyai kesamaan membangkitkan energi listrik berdasarkan proses elektrokimia. Jenis listrik yang dihasilkan adalah arus searah. Pada baterai reaktan (bahan yang dikonsumsi untuk reaksi kimia) terdapat di dalamnya, sedangkan pada fuel cell reaktannya (berupa hidrogen dan oksigen) berasal dari luar. Jika reaktan baterai habis harus diisi ulang sehingga setelah dipakai baterai harus diisi kembali. Maka dari itu pada baterai perlu pengisian berulang-ulang. Pada fuel cell hidrogen disimpan dengan menggunakan tangki tekanan tinggi. Oksigen diambilkan dari udara yang dipompakan ke dalam fuel cell.

 

3.  PEM Fuel Cell

Susunan PEM Fuel Cell seperti terlihat pada gambar 1. Jantung dari fuel cell ini adalah membran elektrolit polimer sehingga bagian dari PEM Fuel Cell dimulai dari elektrolitnya yaitu membran.

Keterangan :

A  = Pengumpul Arus Anoda

B  = Kanal Aliran Anoda

C  = Lapisan Katalisator Anoda

D  = Membran Elektrolit Polimer

E  = Lapisan Katalisator Katoda

F  = Pengumpul Arus Katoda

G = Kanal Aliran Katoda

 

a. Membran Polimer Elektrolit

Membran elektrolit pada PEM Fuel Cell adalah jenis plastik dan polimer. Membran Nafion diproduksi oleh DuPont, menyerupai bungkus plastik yang digunakan untuk menutup makanan.

Membran elektrolit polimer mudah menyerap. Membran ini berfungsi menghantarkan ion hidrogen bermuatan positif (proton) dan memblokir elektron. Pergerakan ion hidrogen melalui membran, dalam satu arah saja, dari anoda ke katoda. Selain itu membran elektrolit polimer berfungsi memisahkan gas.

 

b.   Elektroda

Elektroda dibuat dari kain karbon atau serat karbon kertas. Fungsi elektroda berpori di samping memberikan permukaan untuk reaksi elektrokimia, adalah untuk:

a.     menghantarkan elektron yang telah dibebaskan dan sebagai pengumpul arus dan penghubung yang baik dengan sel lain atau beban. Jadi suatu elektroda harus dibuat dari bahan yang memiliki konduktansi listrik yang baik

b.     memastikan gas-gas reaktan terdistri-busi secara merata di dalam sel.

Ada dua elektroda yang terdapat pada fuel cell yaitu :

a.     Anoda adalah terminal listrik negatif dari PEM fuel cell. Anoda menghantarkan elektron yang telah dibebaskan dari molekul hidrogen ke rangkaian luar. Anoda memiliki saluran beralur untuk mendistri- busikan gas hidrogen merata ke permukaan katalis.

b.     Katoda adalah terminal listrik positif dari PEM fuel cell, memiliki saluran beralur yang mendistribusikan oksigen merata ke permukaan katalis. Mereka juga menghantarkan kembali elektron dari sirkuit luar ke katalis kemudian mereka bergabung kembali dengan ion hidrogen dan oksigen untuk membentuk air.

 

c.   Katalis

Diantara plat anoda dengan membran dan plat katoda dengan membran terdapat lapisan katalisator.  Katalisator terbuat dari bubuk platina yang sangat tipis dilapisi kertas karbon.  Permukaan katalisator adalah kasar dan berpori sehingga dapat dimasuki hidrogen atau oksigen. Lapisan katalisator berfungsi untuk mempercepat reaksi oksigen dan hidrogen.

Membrane Electrode Assembly (MEA) adalah gabungan dari elektroda dan membran dengan susunan seperti pada gambar 2. Membran elektrolit polimer terletak diantara elektroda anoda dan katoda.

 

d.  Plat Pengumpul Arus

Satu sel fuel cell mempunyai dua plat pengumpul arus yang dipasang pada bagian sisi terakhir yaitu pada sisi anoda dan sisi katoda. sehingga membentuk sel utuh. Plat ini terbuat dari bahan ringan, kuat, kedap gas, dan penghantar elektron. Biasanya menggunakan grafit atau logam meskipun plat komposit sekarang sedang dikembangkan.

Fungsi plat ini adalah:

a.     Mendistribusikan gas hidrogen merata ke seluruh permukaan MEA pada sisi anoda, menyalurkan gas hidrogen keluar dan mendistri-busikan oksigen (udara) ke seluruh permukaan MEA pada sisi katoda.

b.     Mengumpulkan arus. Elektron yang dihasilkan oleh oksidasi hidrogen harus dialirkan lewat anoda, melalui lapisan pendukung dan melalui plat akhir sebelum mereka dapat keluar dari sel. Perjalanan keluar sel melalui rangkaian luar dan kembali masuk ke dalam sel pada plat katoda.

Gambar 3 menunjukkan sebuah sel PEM Fuel Cell yang dihubungkan dengan sebuah beban berupa lampu pijar.

 

4.  Stack PEM Fuel Cell

Tegangan berbeban dari satu sel  PEM fuel cell  berkisar antara 0,7V. Untuk memperbesar tegangan keluaran, beberapa sel dari  PEM fuel cell  dihubungkan seri seperti terlihat pada gambar 4. Tumpukan sel yang terhubung seri yang dikemas menjadi satu unit dikenal dengan nama ”stack”.

 

5. Bagaimana PEM Fuel Cell Bekerja

Untuk memahami cara kerja fuel cell, lihat gambar 5. 

Gas hidrogen dimasukkan ke lubang anoda dan oksigen (bisa diperoleh dari udara) dimasukkan ke lubang katoda. Terminal listrik negatip di anoda dan terminal listrik positip di katoda dihubungkan dengan beban misalnya lampu pijar. Ketika hidrogen mengalir ke dalam fuel cell di sisi anoda, katalis platinum memfasilitasi pemisahan gas hidrogen menjadi elektron dan proton (ion hidrogen). Elektron bermuatan negatip, proton bermuatan positip. Ion hidrogen bergerak menembus membran, sedangkan elektron yang tidak dapat melewati membran, mengalir dari anoda ke katoda melalui sebuah rangkaian luar (lampu pijar). Ion hidrogen setelah menembus membran dan dengan bantuan katalis platinum bercampur dengan oksigen dan elektron di sisi katoda, menghasilkan air. 

 

6. Sistem PEM Fuel Cell 

Gambar 6 menjelaskan sistem PEM fuel cell.  Sistem terdiri dari 3 bagian yaitu stack PEM fuel cell, suplai bahan bakar dan beban.

a.     Stack yaitu sumber listrik yang membangkitkan energi listrik dengan bahan bakar hidrogen dan oksigen. Stack memerlukan pendingin untuk mengurangi panas yang ditimbulkannya. Pada sistem pendingin yang menggunakan air, memerlukan pompa air untuk mengalirkan air. Sirkulasi pendingin stack berasal dari tangki air.  Air disirkulasikan ke stack oleh pompa air. Air keluar dari stack dilewatkan ke alat pelembab udara dan didinginkan oleh pendingin (radiator) lalu dikembalikan ke tangki air.

b.   Suplai bahan bakar.

Gas hidrogen bertekanan disimpan dalam tabung. Gas hidrogen mengalir dari tabung hidrogen ke stack berdasarkan perbedaan tekanan.  Tekanan dari tabung diturunkan melalui katup penurun tekanan.  Aliran hidrogen dibuka dan ditutup oleh katup pengatur aliran.  Hidrogen masuk ke stack dan keluar dari stack tidak dibuang tetapi dialirkan kembali ke stack melalui katup venturi.  Katup pembersih dibuka secara periodik untuk membuang air yang ada di anoda. Untuk mengalirkan udara ke dalam stack diperlukan kompresor udara atau blower. Udara mengalir ke stack melalui kompresor.

c.   Beban.

Beban yang dihubungkan ke PEM fuel cell dapat berupa motor listrik, lampu dan lain-lain. Stack PEM fuel cell memberikan tegangan searah yang nilainya naik turun tergantung arus beban. Oleh karena itu diperlukan konverter untuk menjaga tegangan stack konstan yang diperlukan oleh beban.

 

7.   Aplikasi PEM Fuel Cell

PEM Fuel Cell dapat menghasilkan daya listrik beberapa watt sampai ke ratusan kilowatt. Oleh karena itu, mereka dapat digunakan di setiap tempatyang memerlukan listrik. Aplikasi pada mobil, bus, sepeda motor, dan kapal selam telah dilakukan. PEM Fuel Cell sangat ideal digunakan pada pembangkit listrik untuk didistribusikan ke rumah, bangunan, atau konsumen yang membutuhkan fleksibilitas dalam pemakaian tenaga listrik.

 

Referensi:

1.  Colleen Spiegel, PEM Fuel Cell Modeling and Simulation Using MATLAB, Elsevier Inc, 2008.

2.  J. Larminie, Andrew Dicks, Fuel Cell Systems Explained Second Edition, John Wiley & Sons Ltd, England 2003.

3.  Matthew Mench, Fuel cell engines, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2008

4.  Sharon Thomas and Marcia Zalbowitz, Fuel Cells – Green Power, Los Alamos, New Mexico.

RANCANG BANGUN ALAT PEMBUATAN AGAR - AGAR

RANCANG BANGUN ALAT PEMBUATAN AGAR - AGAR

Asrizal Amir, (Widyaiswara P4TK-BOE Malang)

 

Abstrak

Pembuatan agar-agar saat ini merupakan salah satu usaha masyarakat berbentuk industri rumah tangga, hanya saja dalam melakukan proses memasak dan pencetakkannya masih menggunakan cara manual,  sehingga hasil  produksi yang didapatkan kurang maksimal. Oleh karena itu dengan bantuan “Alat Pembuat Agar-Agar” dimaksud akan dapat meningkatkan hasil produksinya.

       Dalam perancangan dan pembuatan alat ini, menggunakan mikrokontroller sebagai pusat pengendali sistem yang bekerja pada alat. Selain itu digunakan sistem pengaturan kontrol tertutup untuk memperbaiki respon plant (pemanas). Sistem kontrol tertutup yang digunakan yaitu kontrol PI dimana kontroler akan mempertahankan temperatur pada saat proses pengadukkan sesuai dengan setting point yang ditetapkan. Pengambilan parameter kontrol didasari atas tinjauan terhadap karakteristik plant yang diatur. Metode penalaan yang digunakan untuk mencari model matematik dari respon plant pemanas menggunakan  metode kontrol adaptif, dengan harapan respon plant pemanas dapat diperbaiki.

Kata kunci: agar-agar, kontrol PI, kontrol adaptif, setting point.

 Sifat agar-agar

  • Pada suhu 25°C dengan kemurnian tinggi tidak larut dalam air dingin tetapi larut dalam air panas.
  • Pada suhu 32–39°C berbentuk padat dan mencair pada suhu 60–97°C pada konsetrasi 1,5%.
  • Dalam keadaan kering agar-agar sangat stabil, pada suhu tinggi dan pH rendah agar-agar mengalami degradasi.

Kegunaan agar-agar

Agar-agar, banyak digunakan pada industri / bidang :

  • makanan : sebagai stabilizer, emulsifier, thickener
  • mikrobiological : sebagai cultur media
  • kosmetik : sebagai pengemulsi dalam pembuatan lotion, cream dan salep.
  • industri kertas dan tekstilsebagai additive.

 

Prinsip kerja alat

Proses pencampuran bahan harus dilakukan dengan merata. Adonan agar –agar harus diaduk dengan kecepatan tetap dan dipanaskan sampai mendidih. Setelah adonan agar – agar masak barulah dilakukan proses pencetakan.

 

Proses awal pada alat pembuat agar – agar ini adalah mula – mula memasukkan air dengan cara membuka selenoid valve air sesuai dengan volume yang sudah diatur. Setelah itu menambahkan gula cair dengan cara membuka selenoid valve gula dengan volume yang sudah diatur. Kalau air dan  gula  cair  sudah  masuk  dalam tempat pengadukkan barulah tepung agar – agar dimasukkan. Setelah semua bahan masuk kedalam tempat pengadukkan, baru motor DC dan heater hidup bersamaan. Untuk motor DC kecepatannya diatur konstan. Sedangkan untuk heater, panas yang berada didalam tempat pengaduk maksimal harus mencapai 90oC. Untuk membaca temperatur panas didalamtempat pengaduk menggunakan sensor PT100. Motor DC dan Heater mati apabila Suhu didalam tempat pengaduk sudah mencapai 90oC bertahan selama ± tiga menit. Setelah proses pengadukkan dan memasak selesai, dilanjutkan dengan proses mencetak. Adonan agar- agar yang sudah masak dipindahkan ke tampat pencetakkan dengan cara membuka selenoid valve pemindah. Setelah semua adonan masuk kedalam tempat pencetakkan barulah dilakukan proses pencetakkan. Pencetakkan dilakukan dengan cara otomatis, Cetakan akan berjalan diatas konveyor. Cetakkan akan diatur berhenti tepat di bawah selenoid valve keluarnya adonan. Setelah cetakan berhenti tepat dibawah selenoid valve, barulah selenoid valve akan mengeluarkan adonan agar – agar kedalam cetakan. Banyaknya adonan didalam cetakkan diatur menggunakan timer. Setelah timer selesai, cetakan yang sudah berisi adonan agar – agar akan berjalan kembali diatas konveyor.

Gambar 1: Blok diagram sistem 

Dari gambar.1 diatas dapat dilihat fungsi dari masing – masing blok adalah sebagai berikut :

  • Atmega 8535 sebagai kontroller yang merupakan pusat pengontrolan sistem mesin pengaduk Agar Agar.
  • Keypad digunakan sebagai input untuk memerintahkan microkontroller.
  • Sensor PT100 digunakan untuk mengukur suhu yang dihasilkan oleh heater
  • Sensor optocoupler digunakan untuk mengukur kecepatan putar motor DC 1.
  • ADC digunakan untuk konverter data analog ke data digital.
  • Driver motor DC1 adalah driver untuk menggerakkan motor DC1 sebagai penggerak tuas pengaduk.
  • Driver motor DC2 adalah driver untuk menggerakkan motor DC2 sebagai penggerak belt konveyor.
  • Driver solenoid valve merupakan interface antara valve dengan mikrokontroller.
  • Driver heater digunakan untuk mengendalikan heater.
  • Infrared dan photodiode digunakan untuk memerintahkan mikro agar menghentikan motor DC 2 apabila cetakan Agar Agar telah berada tepat dibawah selenoid valve.
  • Motor dan selenoid valve sebagai actuator.
  • LCD digunakan Untuk menampilkan beberapa parameter serta hasil pengaturan yang dilakukan

Bentuk fisik alat dapat dilihat pada gambar 2 dibawah ini :

Gambar 2: Desain 3D tampak depan 

Keterangan gambar :

  1. Tempat air
  2. Tempat gula cair
  3. Selenoid valve 1
  4. Selenoid valve 2
  5. Pengaduk adonan
  6. Tempat pengaduk
  7. Heater
  8. Tempat penampung
  9. Konveyor
  10. Motor Konveyor

 

Pengujuian Rangkaian dan Program Kontrol

  • Rangkaian ADC Internal Mikrokontroler ATMEGA 8535P

pengujian ADC internal ini diperlukan sebuah modul rangkaian output yaitu rangkain led yang dihubungkan pada PORTD mikrokontroler untuk melihat data digital yang telah diubah oleh ADC internal dari tegangan analog pada PORTA channel 0. Seperti  gambar 3 dibawah. 

Gambar 3. Rangkaian penguji ADC Internal 

Untuk mengetahui apakah data yang diperoleh sudah benar maka diperlukan data pembanding yaitu data yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan persamaan :

Output Hitung = 255/5 x Teg. Analog (Dalam Desimal) 

 

 

Tabel. 1Hasil Pengujian Rangkaian ADC Internal Mikrokontroler ATMEGA 8535P 

 

  • Rangkaian PWM internal Mikrokontroler ATMEGA 8535P

pengujian PWM internal dapat dilihat dengan multimeter yang dihubungkan pada Portd.5 mikrokontroler. Pada gambar 4, dibawah

Gambar 4. Rangkaian penguji PWM Internal 

Untuk mengetahui apakah data yang diperoleh sudah benar maka diperlukan data pembanding yaitu data yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan persamaan :

Output Hitung = (PWM – Input)/255 x 5 V  (Dalam Volt) 

Tabel 2 Hasil Pengujian Rangkaian PWM Internal Mikrokontroler ATMEGA 8535P 

  • Rangkaian Pengukur Temperatur dengan PT 100

Pengukuran resistansi terhadap perubahan suhu pada PT 100 dilakukan seperti gambar 5 dibawah ini.

Gambar 5 Pengukuran resistansi pada PT 100 

Tabel. 3 Hasil Pengukuran Resistansi Terhadap Perubahan Suhu 

 

  • Pengaturan Arah Putaran Motor DC

Putaran motor DC dapat diatur dengan memberikan logika high “1”atau low ”0” pada kaki 1A1 dan 1A2 untuk motor DC 1, sedangkan untuk motor DC2  pada kaku 2A1 dan 2A2.  Sedangkan kaki 1EN dan 2EN digunakan untuk mengatur kecepatan pada motor DC.(lihat gambar 6.) 

Gambar 6 Rangkaian driver motor DC 

Pengaturan arah putaran motor DC dapat dilihat pada tabel 4 dibawah ini :

Tabel 4.Pengaturan Arah Putaran Motor DC

 

  • Respon Heater Tanpa Kontroler

 

Untuk mengetahui adanya perubahan yang terjadi setelah diberikan kontroler pada plant maka diberikan gambar respon heater tanpa kontroler seperti gambar 7 dibawah ini :

Gambar 7 Respon heater tanpa kontroler 

 

  • Respon Heater dengan Kontrol PI

Setelah diberikan kontroler PI pada mikrokontroler yang digunakan sebagai inputan pengaturan heater dan diberikan setting point 90oC  maka didapat respon heater seperti gambar 8 dibawah.

Gambar 8 Respon heater dengan kontrol PI

Dari gambar 8 diatas dapat diketahui bahwa waktu yang dibutuhkan untuk mencapai steady state yaitu 3690 detik atau ± 61 menit 30 detik dan suhu maksimum yang dicapai sesuai dengan setting point yaitu 90oC. Sehingga respon heater untuk mencapai steady state jadi lebih cepat 420 detik atau ±7 menit dibandingkan dengan tanpa kontroler.

 

Kesimpulan

  1. Terdapat selisih pembacaan pengukuran suhu pada display lcd dengan thermometer digital dengan selisih terbesar 0,7 oC pada pengukuran suhu 90oC dari tabel 4.8.
  2. Proses panas pada heater untuk mencapai steady state suhu 90oC membutuhkan waktu 3690 detik atau 61 menit seperti gambar 4.10 sehingga waktu yang digunakan untuk memasak jadi lebih efisien.
  3. Pada proses memasukkan air, gula cair dan pencetakkan adonan, volume yang didapat tidak linier.

 Saran

  1. Dalam perancangan mekanik, untuk selanjutnya dapat mendesain mekanik yang lebih baik karena sangat berpengaruh terhadap kontroler yang dibuat.
  2. Dalam perancangan, antara rangkaian kontrol dengan rangkaian driver , sebaiknya menggunakan power supply yang berbeda karena mempengaruhi kinerja rangkaian kontrol.
  3. Dalam proses memanaskan adonan, sebaiknya heater diganti dengan daya yang lebih besar agar proses memanaskan adonan lebih cepat dan efisien.
  4. Untuk proses memasukkan air, gula cair dan pencetakkan adonan sebaiknya menggunakan solenoid yang baru, supaya respon buka dan tutupnya lebih cepat dan volume yang dihasilkan dapat linier

 

Referensi:

  1. Winoto, Andi, Mikrokonroller AVR Atmega8/32/16/8535 dan Pemprograman dengan Bahasa C pada Win AVR (Bandung: Informatika, 2008)
  2. Lingga Wardhana, Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR seri ATMEGA 8535Simulasi,
  3. Muhammad H Rasyid, 1999, ”Rangkaian Elektronika Daya, Devices, dan Aplikasinya”, Jakarta.
  4. Totok Budioko.Belajar Dengan Mudah dan cepat Pemograman Bahasa C dengan SDCC pada mikrokontroller AT89X051/ ATMEGA8535/ 52. Yogyakarta : Gava Media.2005
  5. Jaenal Arifin ”Pengontrolan Temperature Menggunakan Metode Kontrol PI Berbasis Mikrokontroller AT90S8515”. Di akses 2 Januari 2009 dari electroniclab.
  6. http:/www.elektroniclab.com/index.php?action=html&fid=56
  7. Toko Mesin ”Mesin Pengaduk Dodol, Mesin Pengaduk Selai, dll”. Diakses 4 Januari 2009 dari Toko Mesin.
  8. http://www.tokomesin.com/Mesin_Pengaduk_Dodol_Mesin_Pengaduk_Selai_Mesin_Mixer_Serbaguna.htm.

Penerapan Instruksi Siklus Belajar 5E Untuk Meningkatkan Sikap Ilmiah Dalam Pengembangan & Penulisan Rencana Pelaksanaan Pembelajaran Kurikulum Berbasis Bidang Karir Pekerjaan

Penerapan Instruksi Siklus Belajar 5E Untuk Meningkatkan Sikap Ilmiah Dalam Pengembangan & Penulisan Rencana Pelaksanaan Pembelajaran Kurikulum Berbasis Bidang Karir Pekerjaan

 

Penulis:

ASMUNIV

Widyaiswara PPPPTK-VEDC Malang

asmuniv@gmail.com

 

ABSTRAKSI

Konsep kurikulum 2013 merupakan kurikulum berbasis kompetensi (KBK), yang mengubah paradigma baru dalam proses instrukdi pembelajaran. Di tingkat pendidikan menengah, peran guru tidak lagi satu-satunya sumber pengetahuan, tetapi merupakan bagian integral dalam sistem pembelajaran. Tuntutan terhadap pelayanan pembelajaran di masa depan banyak disebabkan oleh perkembangan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi. Karenanya, konsep instruksi pembelajaran saat ini pun harus berubah dari guru mengajar menjadi siswa belajar. Asumsi pergeseran itu bertitik tolak pada siswa yang diharapkan mampu meningkatkan kemampuan dirinya dalam memperkaya ilmu pengetahuan, sikap, dan keterampilan berdasarkan kompetensi yang ada pada kurikulum. Model pembelajaran yang sesuai dengan pemikiran terebut adalah dengan pendekatan konstruktivisme.

Model pembelajaran Learning Cycle (pembelajaran siklus) adalah model pembelajaran yang berpusat pada peserta didik (student centered). Model Pembelajaran Learning Cycle 5E merupakan salah satu model pembelajaran dengan pendekatan konstruktivistik yang terdiri atas 5 tahap: pembangkitan minat (engagement), eksplorasi (exploration), penjelasan (explanation), elaborasi (elaboration), dan evaluasi (evaluation).

Tujuan penulisan artikel ini adalah membantu proses pembelajaran dengan menerapkan model siklus belajar 5E untuk pengembangan dan penulisan Rencana Pelaksanaan Pembelajaran (RPP) serta meningkatkan hasil belajar siswa.

Kata Kunci: Learning Cycle, engagement, exploration, explanation, elaboration, evaluation, RPP, hasil belajar.

Latar Belakang

Paradigma bidang karir pekerjaan di masa depan menuntut multidisipler pengetahuan, sehingga menyebabkan instruksi pembelajaran mengalami pergeseran dari paradigma teacher-oriented menjadi student-oriented. Untuk itu, peran guru bergeser dari apa yang akan dipelajari berubah menjadi bagaimana menyediakan dan memperkaya pengalaman belajar siswa. Pengalaman belajar siswa dapat diperoleh melalui serangkaian kegiatan, yaitu bagaimana siswa mengeksplorasi lingkungan melalui interaksi aktif dengan teman (kolaboratif), lingkungan dan nara sumber lain (Depdiknas, 2003).

Kurikulum bebasis kompetensi merupakan realisasi pendekatan pembelajaran problem based learning dan project based learning, dimana dalam proses pembelajarannya siswa banyak dilibatkan dalam kegiatan penyelidikan melalui proses inkuiri, dengan mengembangkan interaksi antara siswa dengan guru dan siswa lainnya. Siswa diarahkan sehingga dapat menghubungkan antara pengetahuan yang dimilikinya dengan pengetahuan ilmiah yang ditemukannya pada berbagai sumber, siswa menerapkan materi pemebelajaran untuk mengajukan pertanyaan, siswa menggunakan pengetahuannya dalam pemecahan masalah, perencanaan, membuat keputusan, diskusi kelompok, dan siswa memperoleh asesmen yang konsisten dengan metode pendekatan aktif dalam proses belajarnya. Pengembangan kemampuan siswa dalam berpikir dan bekerja ilmiah berlandaskan inkuiri dapat dilakukan dengan pengenalan pemahaman secara konseptual. Pemahaman secara konseptual ini dapat dikembangkan melalui pendekatan siklus belajar yang dilakukan secara rutin oleh guru.

Pendekatan Siklus Belajar 5E

Learning Cycle merupakan model pembelajaran sains yang berbasis konstuktivistik. Model ini dikembangkan oleh J. Myron Atkin, Robert Karplus dan Kelompok SCIS (Science Curriculum Improvement Study), di Universitas California, Berkeley, Amerika Serikat sejak tahun 1967 (Dean Zollman & N. Sanjay Rebello, 1998: 1). Teori konstruktivisme memandang bahwa belajar merupakan suatu proses membangun pengetahuan sedikit demi sedikit, yang kemudian hasilnya diperluas melalui konteks yang terbatas dan tidak sekonyong-konyong. Pengetahuan bukanlah seperangkat fakta, konsep, atau kaidah yang siap untuk diambil atau diingat. Manusia harus mengonstruksi pengetahuan itu dan memberi makna melalui pengalaman nyata (Baharuddin dan Esa Nur Wahyuni, 2007: 115-116).

Menurut Soebagio, dkk (2001: 50) Learning Cycle merupakan suatu model pembelajaran yang memungkinkan siswa menemukan konsep sendiri atau  memantapkan konsep yang dipelajari, mencegah terjadinya kesalahan konsep, dan memberikan peluang kepada siswa untuk menerapkan konsep-konsep yang telah dipelajari pada situasi baru. Implementasi model pembelajaran Learning Cycle dalam pembelajaran sesuai dengan pandangan kontruktivisme dimana pengetahuan dibangun pada diri peserta didik. Beberapa keuntungan diterapkannya model pembelajaran Learning Cycle adalah:

1.      Pembelajaran bersifat student centered.

2.      Informasi baru dikaitkan dengan pengetahuan yang telah dimiliki siswa.

3.      Orientasi pembelajaran adalah investigasi dan penemuan yang merupakan pemecahan masalah.

4.      Proses pembelajaran menjadi lebih bermakna karena mengutamakan pengalaman nyata.

5.      Menghindarkan siswa dari cara belajar tradisional yang cenderung menghafal.

6.      Membentuk siswa yang aktif, kritis, dan kreatif

Thomas E. Lauer (2003: 518) menuturkan Learning Cycle pada mulanya terdiri dari tiga fase yaitu exploration, introduction dan application-concept. Tiga fase tersebut saat ini berkembang menjadi lima fase yang dikenal dengan nama 5E (engagement, exploration, explanation, elaboration/extention, dan evaluation). Langkah-langkah dalam setiap fase pembelajaran Learning Cycle 5E dijelaskan oleh Anthony W. Lorsbach (2002) sebagai berikut:

1.      Fase Pembangkitan Minat (Engagement)

Pada fase ini guru dapat menggali pengetahuan awal siswa dengan menfokuskan perhatian dan minat siswa terhadap topik yang dibahas, memunculkan pertanyaan dan memperoleh respons dari siswa. Fase ini juga berguna untuk mengidentifikasi miskonsepsi atau salah konsep dalam pemahaman siswa. Pada saat menggali pengetahuan awal, untuk identifikasi masalah yang bertententangan, guru dapat mengajukan pertanyaan-pertanyaan penting atau melakukan demontrasi.

Berdasarkan pertanyaan atau demonstrasi siswa diharapkan memiliki jawaban yang berbeda dengan siswa lain sehingga menimbulkan konflik kognitif pada siswa. Dari respons siswa, guru dapat mengetahui pemahaman awal siswa tentang konsep yang dibahas sebelum pembelajaran.

Contoh pertanyaan fase pembangkitan minat dimensi pengetahuan:

  • Guru menyuruh salah satu peserta didik untuk mematikan salah satu saklar lampu penerangan ruang, kemudian guru bertanya kepada peserta didik lainnya tentang:
  1. Apakah nama dari piranti listrik yang dapat digunakan untuk menghidupkan dan mematikan lampu?
  2. Sebutkan siapakah penemu pertama kali hukum kelistrikan tegangan!
  3. Jelaskan apa yang terjadi jika saklar listrik mengalami kerusakan!
  4. Tunjukkan di mana contoh penerapan piranti saklar, sekering pada peralatan listrik/elektronik!
  5. Pada saat kapan piranti saklar, sekering tidak perlu/diperlukan dalam suatu peralatan listrik/elektronik?
  • Mengarahkan tema pembelajaran dengan melibatkan semua Peserta didik aktif, yaitu dengan “memberikan satu permasalahan agar Peserta didik berfikir kritis”.

Fokus utama pada fase ini guru berperan sebagai pembangkit ingatan (memori) siswa berkenaan dengan pengetahuan sebelumnya, seperti fakta, difinisi, objek, peristiwa, atau pertanyaan-pertanyaan apa yang akan digunakan oleh guru sebagai pemicu rasa keingintahuan peserta didik yang akan dilibatkan didalam konsep pembelajaran.

2.      Fase Eksplorasi (Exploration)

Pada fase ini siswa bekerja sama dalam kelompok-kelompok kecil untuk mengerjakan Lebar Kerja Siswa (LKS) tanpa pengajaran langsung dari guru. Pada fase ini siswa belajar melalui aksi dan reaksi mereka sendiri dalam situasi baru. Siswa mengeksplorasi materi dan gagasan baru dengan bimbingan minimal dari guru. Pengalaman baru memunculkan pertanyaan dan masalah yang tidak dapat dipecahkan dengan gagasan-gagasan siswa yang sudah ada.

Fase eksplorasi juga dapat membawa siswa pada identifikasi suatu pola keteraturan dalam fenomena yang diteliti. Selama fase eksplorasi, siswa diberi kesempatan untuk bekerjasama dengan siswalainnya tanpa instruksi dari guru melalui kegiatan diskusi. Fase eksplorasi memberikan kesempatan pada siswa untuk menyuarakan gagasan-gagasan yang bertentangan, yang dapat menimbulkan perdebatan dan analisis dari alasan munculnya gagasan mereka. Analisis tersebut dapat mengarahkan cara diskusi untuk menguji gagasan lainnya melalui prediksi. Pada fase ini guru berperan sebagai fasilitator.

Pada fase ini peserta didik juga dapat melakukan ekperimen berkenaan dengan pokok bahasan untuk menemukan hubungan dimensi pengetahuan faktual kedalam dimensi pengetahuan konseptual, kemudian ditunjukkan kepada guru untuk didiskusikan didalam kelas.

3.  Fase Penjelasan (Explanation)

Kegiatan pada fase explanation diawali dengan pengenalan konsep baru yang digunakan pada kegiatan yang diperoleh dari fase eksplorasi. Konsep baru pada fase ini dapat dijelaskan dan diperkenalkan oleh guru, melalui internet, buku bacaan, film atau media lainnya. Selama fase eksplanasi guru memotivasi siswa untuk menjelaskan konsep yang dibahas dengan kata-kata sendiri, mengajukan fakta dan klarifikasi terhadap penjelasannya, dan mendengarkan secara kritis penjelasan siswa. Fase eksplanasi selalu mengikuti fase eksplorasi dan berkaitan langsung dengan pola yang ditemukan selama kegiatan eksplorasi.

Fase ini juga merupakan fase diskusi klasikal, siswa didalam kelompoknya menjelaskan konsep hasil temuannya, menunjukkan bukti dan klarifikasi penjelasan terhadap hasil temuan kelompok lainnya, serta membandingkan argumen yang mereka miliki dengan argumen dari siswa lain. Penjelasan apa yang diperlukan guru dari peserta didik untuk mengembangkan ide-ide mereka dalam mencapai kesimpulan atau generalisasi, dan mengkomunikasikan apa yang mereka ketahui terhadap siswa lain tentang tema pembelajaran.

Pada fase ini guru mendorong peserta didik untuk menjelaskan konsep dengan kalimat mereka sendiri, meminta bukti dan klarifikasi dari penjelasan mereka, dan mengarahkan kegiatan diskusi (brainstorm). Pada fase ini peserta didik menemukan pengertian dari konsep yang telah dipelajari, dan saling mendengar secara kritis penjelasan antar peserta didik atau guru.

Peserta didik mempresentasikan hasil diskusinya. Jika dalam mempresentasikan belum benar tentang konsep yang dijelaskan, kemudian guru memberi definisi dan penjelasan tentang konsep yang dibahas

4.   Fase Elaborasi (Elaboration)

Setelah peserta didik dengan fase-fase diatas, berikutnya peserta didik dituntut untuk mengaplikasikan konsep/keterampilan ″sesuai dengan tema″ dan menemukan persalahan dalam situasi baru, serta bagaimana yang peserta didik lakukan untuk menerapkan pemahaman dan keterampilan konseptual, prosedural dan metakognitif guna memecahkan permasalahan, membuat keputusan, melakukan tugas, atau memahami pengetahuan baru?. Pada fase ini siswa mengaplikasikan konsep (melakukan ekperimen) yang mereka dapatkan untuk menyelesaikan/memecahkan masalah. Fase ekperimen membutuhkan penyelidikan/artikel, pengumpulan data dan analisis hasil.

Fase elaborasi disebut juga aplikasi konsep. Pada fase ini siswa menerapkan konsep atau keterampilan pada situasi baru. Fase ini memberikan kesempatan bagi siswa untuk menggunakan konsep-konsep yang telah diperkenalkan untuk menyelidiki konsep-konsep lebih lanjut. Penerapan konsep diarahkan pada kehidupan sehari-hari.

5.   Fase Evaluasi (Evaluation)

Fase evaluasi dapat dilakukan pada seluruh pengalaman belajar siswa. Aspek yang dievaluasi pada fase ini adalah pengetahuan atau keterampilan, aplikasi konsep, dan perubahan proses berpikir siswa. Fase evaluasi memberikan kesempatan kepada siswa untuk menilai cara belajarnya, mengevaluasi kemajuan belajar dan proses pembelajaran. Evaluasi dapat dilakukan secara tertulis pada akhir pembelajaran atau secara lisan berupa pertanyaan selama pembelajaran berlangsung.

Evaluasi dapat juga dilakukan melalui pemberian tes (quiz) atau open-ended question di akhir pembelajaran untuk mengetahui sejauh mana tingkat pemahaman siswa terhadap konsep yang dipelajari. Guru mengamati pengetahuan atau pemahaman peserta didik dalam hal penerapan konsep baru, mendorong peserta didik melakukan evaluasi diri, mendorong peserta didik memahami kekurangan/kelebihannya dalam kegiatan pembelajaran yang sudah dilakukan.

Pada fase evaluasi, peserta didik dapat juga melakukan refleksi berkenaan dengan belajarnya sendiri dengan mengajukan pertanyaan terbuka dan mencari jawaban dengan menggunakan observasi, bukti, dan penjelasan yang diperoleh sebelumnya. Kemudian mengambil kesimpulan atas situasi belajar yang dilakukannya, dan menganalisis kekurangan/kelebihannya dalam kegiatan pembelajaran.

Fase-fase pembelajaran sains menggunakan model siklus pembelajaran (Learning Cycle) 5E, Linda Lacy (2005) memberikan gambaran kegiatan-kegiatan secara rinci yang dapat dilakukan oleh guru dan siswa dapat dilihat pada tabel berikut:

Penerapan Pendekatan Inkuiri Melalui Tahapan Pembelajaran 5E

Pendekatan inkuiri termasuk dalam kelompok active learning dan sangat relevan digunakan pada model siklus pembelajaran 5E, yaitu: (a) Engage, (b) Explore, (c) Explain, (d) Elaborate, dan (e) Evaluate. Adapun penjelasan masing-masing langkah sebagai berikut.

 

TAHAPAN PENDEKATAN SIKLUS BELAJAR 5E


 

PERAN GURU SIKLUS BELAJAR 5E


 

FASE SIKLUS BELAJAR 5E SISWA

 

Kesimpulan

1.     Pembelajaran siklus belajar atau learning cycle 5E (LC 5E) dan inkuiri bebas dimodifikasi, keduanya dapat diterapkan pada materi elektrolisis. Hal ini didukung oleh prestasi belajar pada ranah afektif dengan dan psikomotor.

2.     Kemampuan berpikir analisis memberikan pengaruh yang signifikan terhadap prestasi belajar aspek kognitif. Siswa dengan kemampuan analisis tinggi akan memiliki kemampuan untuk menguraikan dan menghubungkan antara bagian dengan cermat sehingga kesimpulan yang diambil semakin tepat, dengan demikian akan membantu siswa mencapai prestasi belajar kognitif yang maksimal.

3.     Pada pembelajaran kimia materi elektrolisis kreativitas memberikan pengaruh yang signifikan terhadap prestasi belajar aspek kognitif. Siswa dengan kreativitas tinggi akan memiliki kemampuan kelancaran dalam berpikir, kelenturan, berpikir orisinal, dan dapat berpikir rinci (elaborasi) dalam mengemukakan gagasan-gagasan atau ide-idenya untuk menyelesaikan masalah. Dengan kemampuan tersebut akan membantu siswa mencapai prestasi belajar kognitif yang maksimal.

4.     Nilai rata-rata prestasi belajar aspek kognitif siswa dengan kemampuan berpikir analisis tinggi dan rendah yang dikenai pembelajaran siklus belajar 5E dan inkuiri bebas dimodifikasi tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan.

Rekomendasi & Saran:

Model pembelajaran siklus belajar dapat dijadikan salah satu alternatif dalam proses pembelajaran sains untuk meningkatkan keterampilan proses dan hasil belajar sains siswa, dan agar tidak terjadi miskonsepsi pada pemahaman siswa, untuk itu guru sebaiknya memberikan penekanan pada konsep-konsep penting dalam materi pelajaran.

DAFTAR PUSTAKA

  1. Aryulina, D. 2007. Implementasi of 5e Learning Cycle To Increase Students Inquiry Skill and Biology Understanding. Universitas bengkulu.
  2. Azizah, K. 2008. Penerapan Biologi Berbasis Inkuiri Dengan Model Pembelajaran Learning Cycle Untuk Meningkatkan Kemampuan Bekerja Ilmiah Dan Hasil Belajar Siswa Kelas X-2 Ma Al-Ittihad. Jurusan Pendidikan Biologi FMIPA Universitas Negeri Malang.
  3. DEPDIKNAS. 2006. Standar Minimum Nasional Yang Harus Dicapai Peserta Didik. Nomor 47. http://google.co.id (21 Oktober 2011).
  4. Fajaroh dan Dasna, 2008. Pembelajaran dengan Model Siklus Belajar (Learning cycle). sahaka.multiply.com (26 November 2011).
  5. Mulyadi, E. 2009.Optimalisasi VCD Pembelajaran Fisika Melalui Model Kooperatif Sebagai Upaya Peningkatan Kinerja dan Prestasi Siswa Kelas XI di SMK. http://suhadinet.wordpress.com (20 April 2012).
  6. Mulyasa. E. 2002. Kurikulum Berbasis Kompetensi, Konsep, Karakteristik dan Implementasi. Bandung :Remosa Rosdakarya.
  7. Sardiman. 2007. Interaksi dan Motivasi Belajar Mengajar. Jakarta : Raja Grafindo Persada.
  8. Suherman, E. 2002.Hakikat Pembelajaran. UPI. Bandung Rapi,K., N. 2008. Implementasi Siklus Belajar Hipotesis-deduktif Untuk Meningkatkan Sikap Ilmiah dan Keterampilan Proses IPA Di SMAN 4.
  9. Singaraja. Jurnal Pendidikan dan Pengajaran UNDIKSHA, No. 3 Tahun. Juli 2008.
  10. Wena, M. 2009. Strategi Pembelajaran Inovatif Kontemporer. Jakarta : Bumi Aksar


 

RANGKAIAN INTERFACE SEDERHANA PADA SISTEM INPUT/OUTPUT DIGITAL

RANGKAIAN INTERFACE SEDERHANA PADA SISTEM
INPUT/OUTPUT DIGITAL

 

Oleh: Sodikin Susa’at
Widyaiswara Madya P4TK BOE/VEDC Malang

 

------------------------------------------------------------------------------------------------

 ABSTRAK:

 

Interface dalam bahasa sehari-hari sering disebut sebagai antarmuka atau perantara elektronik adalah suatu  rangkaian yang menghubungkan antara keluaran (output) dari suatu sistem digital atau analog dengan suatu masukan (input) dari suatu sistem digital atau analog yang lain berikutnya. Yang dimaksud sistem digital  atau analog yang lain berikutnya adalah bila sitem tersebut sebagai keluaran dan merupakan beban yang dikendalikan, dan  membutuhkan konsumsi daya atau tegangan dan  arus yang lebih besar dari sistem rangkaian sebelumnya, maka diperlukan rangkaian interface. Fungsi  lain dari rangkaian interface selain sebagai penghubung/perantara, juga sebagai pendorong/penggerak (driver). Namun jika sistem yang lain berikutnya hanya sebagai keluaran dan  tidak merupakan beban yang membutuhkan arus yang lebih besar/daya yang besar dari sistem rangkaian sebelumnya, maka fungsi rangkaian interface hanya sebagai penghubung/perantara, yaitu menyesuaikan fungsi keluaran sistem rangkaian sebelumnya dengan sistem rangkaian berikutnya, terutama data sinyal yang akurat dan sesuai dengan input dan output peralatan yang disambungkan antara output dengan input alat sebelumnya atau sebaliknya antara output dengan input alat selanjutnya. Dari hasil perencanaan, hitungan dan simulasi pembuatan rangkaian interface digital selalu menggunakan komponen  analog dan digital, sehingga seorang perencana rangkaian interface harus  memahami sifat dan karakteristik komponen-komponen elektronik tersebut.

 

Kata kunci: interface, input, output, driver

 

RANGKAIAN INTERFACE

Rangkaian interface elektronik adalah suatu rangkaian yang menghubungkan antara keluaran (output) dari suatu sistem digital atau analog dengan suatu masukan (input) dari suatu sistem digital atau analog yang lain berikutnya.

Adapun yang dimaksud sistem yang lain berikutnya adalah bila sitem alat tersebut sebagai keluaran dan merupakan beban yang dikendalikan, dan membutuhkan konsumsi daya atau arus yang lebih besar dari sistem rangkaian sebelumnya, maka fungsi rangkaian interface selain sebagai penghubung/perantara, juga sebagai pendorong/penggerak (driver). Namun jika sistem alat yang lain berikutnya hanya sebagai keluaran dan bukan merupakan beban yang membutuhkan arus yang lebih besar/daya yang besar dari sistem rangkaian sebelumnya, maka fungsi rangkaian interface hanya sebagai penghubung/perantara, yaitu menyesuaikan fungsi keluaran sistem rangkaian sebelumnya dengan sistem rangkaian berikutnya.

 

Untuk memahami , berikut diberikan gambar blok diagram contoh struktur dari rangkaian interface seperti gambar berikut.



Untuk merealisasikan blok diagram di atas dapat dibuat representasi rangkaian sistem kontrol sederhana misalkan sebagai EX-OR, kemudian dibuat sistem interface, dan sistem beban yang dikontrol secara sederhana seperti gambar perencanaan (seperti gambar 1.2).

Suatu misal, jika suatu rangkaian kontrol digital sederhana pada output TTL compatible digunakan gerbang pembalik atau NOT sistem open collector “OC” (seperti gambar berikut ), tegangan output waktu “high” maksimum 5V TTL, dengan kemampuan arus dari sistem digital hanya 20 mA, dan tegangan waktu “low” adalah ekstrim 0 V. Bila komponen utama untuk penggerak Motor DC 12V/1A disediakan Relay 12V/ dengan resistansi lilitan 300Ω. Maka rangkaian interface untuk penggerak Motor DC 12V/ 1A, adalah dengan menggunakan komponen tambahan: transistor NPN dengan arus Collector maksimum ( IC maksimum) adalah transistor tersebut pada Collector-nya mampu dibebani liltan Relay hingga dapat bekerja normal, yaitu IC saat kerja sekitar: (12V/300Ω) = 40mA. Berarti IC maksimum dari transistor yang digunakan harus dicari yang lebih besar dari nilai 40mA. Dari pengalaman nilai nominalnya kurang lebih sekitar 2 (dua) kali dari arus saat kerja (yaitu sekitar 100mA). Karena sistem output kontrol digital diberikan gerbang NOT open collector (NOT-gate sistem OC), maka pada gambar blok yang bertanda tanya (question mark) harus diberikan tahanan “pull-up” agar gerbang NOT bekerja sempurna sesuai dengan fungsi gerbang NOT.

 REALISASI DAN SIMULASI  RANGKAIAN INTERFACE

Realisasi rangkaian interface sebenarnya sangat kompleks,  karena harus memahami kedua rangkaian yang akan dihubungkan interface-nya. Berikutnya juga harus memahami sifat dan karakteristik dari berbagai komponen elektronik, baik yang bersifat analog, maupun digital. Komponen analog bisa berupa komponen pasif dan aktif yang berupa komponen semikonduktor (diode, transistor, IC) dan lain-lain. Sedangkan komponen digital bisa berupa IC digital jenis TTL dan jenis CMOS.

 

Interface Digital menggunakan Transistor

Jika suatu rangkaian kontrol digital sederhana pada output TTL compatible digunakan gerbang pembalik atau NOT sistem open collector “OC” (seperti gambar berikut ), tegangan output waktu “high” maksimum 5V TTL, dengan kemampuan arus dari sistem digital hanya 20 mA, dan tegangan waktu “low” adalah ekstrim 0 V. Bila komponen utama untuk penggerak Motor DC 12V/1A disediakan Relay 12V/ dengan resistansi lilitan 300Ω. Maka rangkaian interface untuk penggerak Motor DC 12V/ 1A, adalah dengan menggunakan komponen tambahan: transistor NPN dengan arus Collector maksimum ( IC maksimum) adalah transistor tersebut pada Collector-nya mampu dibebani liltan Relay hingga dapat bekerja normal, yaitu IC saat kerja sekitar: (12V/300Ω) = 40mA. Berarti IC maksimum dari transistor yang digunakan harus dicari yang lebih besar dari nilai 40mA. Dari pengalaman nilai nominalnya kurang lebih sekitar 2 (dua) kali dari arus saat kerja (yaitu sekitar 100mA). Karena sistem output kontrol digital diberikan gerbang NOT open collector (NOT-gate sistem OC), maka pada gambar blok yang bertanda tanya (question mark) harus diberikan tahanan “pull-up” agar gerbang NOT bekerja sempurna sesuai dengan fungsi gerbang NOT.
Untuk itu, hasil perancangan dapat disimulasikan dan direalisasi-kan, serta dilakukan eksperimen dengan hitungan-hitungan sederhana menggunakan rumus-rumus yang telah dipelajari pada Elektronika Dasar sebelumnya. Sehingga perancangan rangkaian interface elektroniknya dapat digambar dan dihitung dengan persamaan berikut.

 

Karena, tegangan lilitan relay (VRL) =12V, dan resistansi lilitan relay (RRL)= 300Ω, maka arus kerja relay dihitung sama dengan arus collektor saat transistor kerja ( arus collector riil, karena lilitan relay dihubungkan pada kolektor transistor). Secara hitungan sederhana, arus pada lilitan relay agar relay dapat bekerja Jika transistor NPN ditentukan/dipilih hFE=B=50, dengan bahan Silikon (VBE=0,7V), makadapat ditentukan dengan persamaan berikut:

 

 

Dari standar E12 didapat nilai resistor yang ada dipasaran yaitu 5,6 kOhm atau 4,7 kOhm   

 

Setiap beban yang bersifat induktif, bila dihubungkan dengan Transistor sebagai penggerak (driver) dari system  interface, maka harus dipasang dengan diode reverse terhadap tengangan sumber, untuk mengamankan rangkaian driver interface transistor terhadap ggl (gaya gerak listrik) induksi balik yang berupa tegangan “spike” induktip (UL) yang sangat tinggi, yang biasanya melebihi VCE maksimum dari transistor sebagai driver-nya.sebesar:

Dari standar E12 didapat nilai resistor yang ada dipasaran yaitu 5,6 kOhm atau 4,7 kOhm   

 

Setiap beban yang bersifat induktif, bila dihubungkan dengan Transistor sebagai penggerak (driver) dari system  interface, maka harus dipasang dengan diode reverse terhadap tengangan sumber, untuk mengamankan rangkaian driver interface transistor terhadap ggl (gaya gerak listrik) induksi balik yang berupa tegangan “spike” induktip (UL) yang sangat tinggi, yang biasanya melebihi VCE maksimum dari transistor sebagai driver-nya.sebesar:

Dengan diberikan diode reverse, maka tegangan yang terjadi pada induktip VL maksimum sebesar tegangan sumbernya.

Interface Digital menggunakan IC TTL Compatible  

 

Namun saat ini sudah banyak diciptan komponen elektronik sebagai interface driver dari output rangkaian digital yang compatible terhadap tegangan TTL, seperti IC interface dan driver  dengan system TTL compatible input, yaitu  serie ULN 2803, ULN2004, ULN2003 dan lain-lainya. IC ULN2803 ini selain TTL compatible input, output didesain system open collector, sehingga sangat cocok untuk beban dengan tegangan yang lebih besar dari rangkaian kontrol digita-nya. Dalam prakteknya bisa digunakan menggerakkan beban dengan tegangan dan arus  sampai sekitar 24VDC, 0,5 Ampere untuk masing-masing gerbang. Berikut gambar simulasi interface dengan TTL compatible input dari IC Counter 74LS93 sebagai control penggerak Motor DC 24V. Karena IC ULN 2803 ini system output adalah open  collector, maka pemasangan beban ditarik langsung ke tegangan sumber sebagai pengganti resistor pull-up.

 

 

Pengembangan Rangkaian Interface Digital

Rangkaian counter digital  diaplikasikan untuk mengontrol operasi kerjanya Motor DC 12V dengan indicator LED. Misalkan dalam kasus ini Motor DC dan LED sebagai indicator akan ON mulai dari angka 5 sampai dengan angka 7, sedangkan penghitung menghitung sampai dengan 9. Maka berdasarkan table fungsi Reset 74LS90 dan system interface output control counter, maka diperlukan decoder dengan menggunakan gerbang logika dasar. Sehingga gambar rangkaian interface dapat disusun dari gerbang logika dasar sebagai decoder dan transistor sebagai penggerak/driver dari Motor DC 12V sebagai penggerak beban besar, dan LED serta 7-segment sebagai display/ indikator.

 

Dari rangkaian dibawah ini dapat dijelaskan bahwa, blok system control dikerjakan oleh counter 74LS90, interface display 7-segment adalah IC74LS47, sedangkan interface dan decoder dari Motor DC dan indicator LED adalag gerbang dasar NOT, AND dan OR, serta transistor sebagai driver.

KESIMPULAN

1.      Rangkaian interface elektronik adalah suatu rangkaian yang menghubungkan antara keluaran (output) dari suatu sistem digital atau analog dengan suatu masukan (input) dari suatu sistem digital atau analog yang lain.

2.      Jika suatu rangkaian kontrol digital sederhana dengan output TTL compatible sistem open collector “OC”, maka untuk menyambungkan input rangkaian interface harus diberikan resistan system pull-up pada output rangkaian yang akan disambungkan interface. Contoh IC yang digunakan untuk interface system TTL input compatible adalah IC linear ULN2803.

3.      Dari hasil simulasi rangkaian interface elektronik selalu menggunakan komponen elektronik digital maupun analog, sehingga untuk perancangan rangkaian interface sangat baik diujicobakan secara prinsip kerjanya lebih dahulu menggunakan software elektronik Livewire atau EWB.

 

DAFTAR PUSTAKA

1. Ball, A.M. 1984. Semiconductor Data Book. Characteristics of approx. 10 000 Transistors, FETs, UJTs, Diodes, Rectifiers, Optical Semiconductors, Triacs, and SCRs. London: Butterworth & Co. (Publishers), Ltd.

     2. Leonhardt, Erich. 1984.Grundlagen der Digitaltechnik. Berlin: VEB Verlag Technik,                              Berlin,Deutschland.

    3.     Marston, R.M. 1990. 110 Integrated Circuit Projects for the Home Constructor. USA: A. Newnes          TechnicalBook.

    4.    Texas Instruments. 1973. Das TTL-Kochbuch-herausgegeben von Texas Instruments:
         Aplikationslabor. Deutschland: Texas Instruments Deutschland, GmbH.

 

5. Texas Instruments. 1985. The TTL Data Book  for EngineersVolume 1. Standard TTL, LowPower Schottky, Schottky. USA: Texas Instruments.

 

 

 

Copyright 2019. Powered by Humas. PPPPTK BOE MALANG