i
PROPOSAL
PENELITIAN UNGGULAN
DANA LOKAL ITS TAHUN 2020
JUDUL PENELITIAN
DIGITALISASI LABORATORIUM FISIKA DASAR ITS
BERBASIS IoT : Praktikum Momen Inersia
Tim Peneliti:
Dr. Tri Arief Sardjono S.T., M.T. (Teknik Biomedik / FTEIC) Nada Fitrieyatul Hikmah, S.T, M.T (Teknik Biomedik / FTEIC) Hendra Cordova (Teknik Fisika / FTI)
LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA 2020
2
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ... 2 DAFTAR GAMBAR ... 3 DAFTAR TABEL ... 4 BAB 1. RINGKASAN ... 5BAB 2 LATAR BELAKANG ... 6
2.1 Manfaat Praktikum online ... 7
2.2 Rasionalitas ... 7
2.3 Tujuan ... 8
BAB 3 KAJIAN PUSTAKA ... 9
3.1 Internet of Things ... 9
3.2 Protokol MQTT ... 10
3.3 Modul Praktikum ... 11
3.3.1 Praktikum : Momen Inersia ... 11
BAB 4 METODE PENELITIAN ... 16
4.1. Digitalisasi perangkat praktikum ... 16
4.2 User Flow ... 19
4.3 Mockup web base aplikasi Telelab ... 20
4.4 Desain enclosure untuk modul IoT ... 22
BAB 5 JADWAL DAN RANCANGAN ANGGARAN BIAYA ... 24
5. 1. Jadwal ... 24
5.2 Anggaran Biaya ... 24
BAB 6 DAFTAR PUSTAKA ... 26
3
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3. 1 Arsitektur WSN dengan broker dan gateway. [1] ... 10
Gambar 4. 1. Konsep (Diagram Blok) untuk pengembangan digitalisasi perangkat praktikum ... 16
Gambar 4. 2. Konsep (Wireframe) laman login praktikan ... 17
Gambar 4. 3 Konsep (Wireframe) antarmuka website praktikum hukum Kirchhoff. ... 18
Gambar 4. 4 Konsep (Wireframe) laman percobaan yang dilakukan secara interaktif oleh praktikan ... 19
Gambar 4. 5 User Flow pelaksanan praktikum ... 20
Gambar 4. 6 Tampilan depan modul telelab... 20
Gambar 4. 7 Desain Tutorial Praktikum ... 21
Gambar 4. 8 Desain monitoring pelaksanaan praktikum ... 21
Gambar 4. 9 Gambar enclosure tampak atas ... 22
Gambar 4. 10 Gambar enclosure tampak bawah ... 22
4
DAFTAR TABEL
Tabel 5. 1 Jadwal kerja penelitian ... 24 Tabel 5. 2 Anggaran Biaya Penelitian untuk komponen ... 24 Tabel 5. 3. Pembuatan Web Apps ... 25
5
BAB 1. RINGKASAN
Kegiatan praktikum di Institut Teknologi Sepuluh Nopember menjadi salah satu aspek penting yang tidak dapat dipisahkan dalam kegiatan perkuliahan bidang sains seperti pada mata kuliah Fisika Dasar. Ada beberapa hal yang membuat kegiatan praktikum penting untuk dilakukan. Yang pertama praktikum dinilai mampu menambah antusiasme siswa/praktikan dalam mempelajari materi. Kemudian praktikum juga dapat mengasah keterampilan dan pengetahuan siswa/praktikan dalam melaksanakan eksperimen/percobaan. Lalu praktikum dapat menambah pemahaman siswa /praktikan dalam memahami materi.
Seiring dengan meningkatnya jumlah mahasiswa yang mengambil mata kuliah Fisika Dasar mengakibatkan fasilitas laboratorium yang ada pada saat ini sulit untuk menunjang kegiatan praktikum dengan optimal. Diperlukan suatu terobosan pada pelaksanaan kegiatan praktikum, sehingga dapat mengakomodir kebutuhan mahasiswa seiring dengan bertambahnya jumlah mahasiswa ITS.
Pada penelitian ini diusulkan digitalisasi kegiatan praktikum dengan memanfaatkan
emerging technology seperti Internet of Things dan Cloud Service guna meningkatkan
kualitas pengelolaan layanan laboratorium Fisika Dasar. Pengembangan praktikum berbasis teknologi dilakukan dengan merevolusi konsep kegiatan pembelajaran praktikum yang semula paper-based menjadi online-based/online learning. Kemudian dilakukan pengembangan perangkat yang memungkinkan pengiriman hasil-hasil pengukuran dalam kegiatan praktikum yang terintegrasi dengan website yang dapat diakses oleh mahasiswa.
Diharapkan pada penelitian ini dihasilkan sistem pembelajaran praktikum berbasis teknologi yang interaktif guna mendukung pembelajaran materi kuliah Fisika Dasar.
Kata Kunci: Praktikum Fisika, Praktikum berbasis Teknologi, Internet of Things, Cloud
6
BAB 2 LATAR BELAKANG
Fisika adalah salah satu cabang ilmu sains yang selama ini lebih sering hanya dipelajari di dalam kelas dengan proses pembelajaran searah yang dilakukan oleh guru. Fisika semestinya dipelajari dengan cara melakukan langsung atau lebih sering dikenal dengan istilah percobaan. Hal ini sesuai dengan pernyataan bahwa fisika adalah ilmu percobaan (Young and Freedman, 2002), artinya fisika juga bisa dipelajari dengan cara percobaan atau kegiatan praktikum.
Terdapat beberapa alasan mengapa kegiatan praktikum penting untuk dilakukan dalam pembelajaran sains, khususnya fisika. Setidaknya terdapat 4 alasan yang dikemukakan para pakar pendidikan IPA/sains mengenai pentingnya kegiatan praktikum. Pertama, praktikum mampu membangkitkan motivasi belajar IPA. Kedua, praktikum mengembangkan keterampilan dasar dalam melaksanakan eksperimen. Ketiga, praktikum menjadi wahana belajar pendekatan ilmiah (Reductionism, Repeatability, dan Refutation). Keempat, praktikum menunjang pemahaman materi mata kuliah (Woolnough and Allsop, 1985). Melalui praktikum, akan timbul rasa ingin tahu yang lebih sehingga motivasi belajar akan meningkat. Keterampilan dasar eksperimen juga akan terasah seperti : mengamati, mengukur, menggolongkan , mengajukan pertanyaan, menyusun hipotesis, merencanakan percobaan, mengidentifikasi variabel, menentukan langkah kerja, melakukan eksperimen, membuat dan menafsirkan informasi/grafik, menerapkan konsep, menyimpulkan dan mengkomunikasikan baik secara verbal dan non verbal
Seiring dengan beberapa penjelasan tentang pentingnya kegiatan praktikum tersebut, mahasiswa ITS diwajibkan mengambil praktikum Fisika Dasar. Praktikum Fisika Dasar terbagi menjadi Praktikum Fisika Dasar 1 dan 2. Praktikum Fisika Dasar 1 terdiri dari Kinematika, Dinamika Rotasi, Getaran dan Fluida, yang dibagi menjadi praktikum bandul matematis dan fisis, gerak peluru, Fletcher Trolley, momen nersia, bola jatuh bebas, dan bola jatuh tak beraturan sedangkan praktikum Fisika Dasar 2 terdiri dari panas yang ditimbulkan oleh Arus Listrik, Voltameter, Hukum Ohm, Hukum Kirchoff, Arus Bolak Balik, Plat Kapasitor, Induksi Elektromagnetik, Termokopel. Praktikum : Momen Inersia bertujuan memperkenalkan penggunaan hukum Newton II pada gerak rotasi dan nenentukan momen inersia sistem benda berwujud roda sepeda. Adapun Peralatan yang digunakan adalah Roda
7
Sepeda beserta statif, Electric Stop Clock, Anak Timbangan, Rollmeter, Waterpas dan tempat beban.
Dari beberapa praktikum tadi, terdapat beberapa praktikum yang menurut praktikan sulit untuk dilakukan seperti momen inersia. Untuk memperoleh besarnya momen inersia cakram dan batang dilakukan beberapa pengambilan data yaitu massa cakram dan batang, massa beban, jari-jari (lengan momen), jari-jari cakram, panjang batang, waktu tempuh sebesar 15o untuk mendapatkan besar ɷ dan T (periode satu kali putaran). Kesulitan lainnya adalah proses pengambilan data t dan T yang seharusnya diperoleh pada 1 kali percobaan masih harus dilakukan secara bergantian. Kendala lainnya adalah jumlah mahasiswa ITS yang semakin naik, dimana sebagian besar harus mengambil praktikum Fisika Dasar sebagai praktikum dasar wajib. Jumlah peralatan yang relatif tetap dan daya tampung laboratorium yang relatif tetap, maka alangkah baiknya jika praktikum bisa dilakukan secara online. Selain dipakai untuk kepentingan praktikum mahasiswa ITS sendiri, praktikum online ini bisa juga dipakai oleh mahasiswa kampus lain.
2.1 Manfaat Praktikum online
Pelaksanaan praktikum online ini diharapkan dapat memberikan manfaat-manfaat antara lain:
1. Dapat menambah pemahaman dan mempermudah mahasiswa dalam proses praktikum fisika dasar
2. Praktikum dapat dilakukan setiap saat sesuai dengan ketentuan yang berlaku
3. Dapat menambah pendapatan bagi ITS, dimana praktikum juga bisa dilakukan oleh mahasiswa non ITS sesuai dengan ketentuan yang berlaku
2.2 Rasionalitas
1. Pentingnya Laboratorium Fisika Dasar untuk menunjang kegiatan pembelajaran fisika sebagai upaya pembuktian teori-teori dasar fisika melalui kegiatan praktikum. 2. Peningkatan jumlah mahasiswa yang mengambil mata kuliah fisika dasar yang
mengakibatkan ketidakseimbangan jumlah rasio mahasiswa dengan fasilitas laboratorium fisika dasar.
3. Digitalisasi berbasis IoT pada laboratorium fisika dasar sangat diperlukan untuk mengakomodir kebutuhan praktikum mahasiswa yang terus berkembang seiring perkembangan jumlah mahasiswa.
8
4. Digitalisasi berbasis IoT pada laboratorium fisika dasar dapat meningkatkan pelayanan kepada mahasiswa ITS dan non ITS.
2.3 Tujuan
Di dalam penyusunan proposal digitalisasi Laboratorium Fisika Dasar berbasis IoT ini mempunyai tujuan untuk meningkatkan pengelolaan layanan laboratorium bagi peserta didik di ITS guna menunjang kelancaran pembelajaran fisika dasar berdasarkan kurikulum yang diterapkan agar sesuai dengan tujuan yang hendak dicapai oleh ITS yaitu membentuk sarjana yang dapat bekerja di bidang apapun yang berkaitan dengan teknologi terkini, dapat memenuhi kebutuhan masyarakat baik secara nasional maupun internasional, atau layanan pendidikan, juga dapat mengikuti perkembangan teknologi informasi, serta meningkatkan pengetahuan dan keterampilan lulusan melalui pembelajaran sepanjang hayat
9
BAB 3 KAJIAN PUSTAKA
3.1 Internet of Things
Bicara mengenai Internet of Thing yang biasa disebut dengan IoT tidak ada habisnya karena Internet of Things tidak mempunyai definisi tetap selalu ada saja bahasan entah itu berasal dari suatu keseharian kita hingga benda-benda yang dapt dijadikan perangkat untuk mempermudah aktivitas kita. Namun kita dapat menentukan apakah suatu perangkat merupakan bagian dari IoT atau tidak dengan pertanyaan berikut ini: Apakah produk suatu vendor dapat bekerja dengan produk dari vendor yang lain? Dapatkah suatu kunci pintu dari vendor A berkomunikasi dengan saklar lampu dari vendor B, dan bagaimana jika seorang pengguna ingin memasukkan termostatnya menjadi bagian dari komunikasi tersebut.
Jadi Internet of Thing (IoT) adalah sebuah konsep dimana suatu objek yang memiliki kemampuan untuk mentransfer data melalui jaringan tanpa memerlukan interaksi manusia ke manusia atau manusia ke komputer. IoT telah berkembang dari konvergensi teknologi nirkabel, micro-electromechanical systems (MEMS), dan Internet. ‘A Things’ pada Internet
of Things dapat didefinisikan sebagai subjek misalkan orang dengan monitor implant
jantung, hewan peternakan dengan transponder biochip, sebuah mobil yang telah dilengkapi built-in sensor untuk memperingatkan pengemudi ketika tekanan ban rendah. Sejauh ini, IoT paling erat hubungannya dengan komunikasi machine-to-machine (M2M) di bidang manufaktur dan listrik, perminyakan, dan gas. Produk dibangun dengan kemampuan komunikasi M2M yang sering disebut dengan sistem cerdas atau “smart”. Sebagai contoh yaitu smart kabel, smart meter, smart grid sensor.
Penelitian pada IoT masih dalam tahap perkembangan. Oleh karena itu, tidak ada definisi dari Internet of Things. Berikut adalah beberapa definisi alternatif dikemukakan untuk memahami Internet of Things (IoT), antara lain : menurut Ashton pada tahun 2009 definisi awal IoT adalah Internet of Things memiliki potensi untuk mengubah dunia seperti pernah dilakukan oleh Internet, bahkan mungkin lebih baik. Pernyataan tersebut diambil dari artikel sebagai berikut: “Hari ini komputer dan manusia, hampir sepenuhnya tergantung pada Internet untuk segala informasi yang semua terdiri dari sekitar 50 petabyte (satu petabyte adalah 1.024 terabyte) data yang tersedia pada Internet dan pertama kali digagas dan diciptakan oleh manusia. Dari mulai magnetik, menekan tombol rekam, mengambil gambar digital atau memindai kode bar.
10
Diagram konvensional dari Internet meninggalkan router menjadi bagian terpenting dari semuanya. Masalahnya adalah orang memiliki waktu, perhatian dan akurasi terbatas. Mereka semua berarti tidak sangat baik dalam menangkap berbagai data tentang hal di dunia nyata. Dari segi fisik dan begitu juga lingkungan kita. Gagasan dan informai begitu penting, tetapi banyak lagi hal yang pernting. Namun teknologi informasi saat ini sangat tergantung pada data yang berasal dari orang-orang sehingga komputer kita tahu lebih banyak tentang semua ide dari hal-hal tersebut”
Menurut Casagras (Coordinator and support action for global RFID-related activities
and standardisation) mendefinisikan IoT sebagai sebuah infrastruktur jaringan global, yang
menghubungkan benda-benda fisik dan virtual melalui eksploitasi data capture dan kemampuan komunikasi. Infrastruktur terdiri dari jaringan yang telah ada dan internet berikut pengembangan jaringannya. Semua ini akan menawarkan identifikasi obyek, sensor dan kemampuan koneksi sebagai dasar untuk pengembangan layanan dan aplikasi ko-operatif yang independen. Ia juga ditandai dengan tingkat otonom data capture yang tinggi, event transfer, konektivitas jaringan dan interoperabilitas
3.2 Protokol MQTT
Message Queuing Telemetry Transport atau dikenal dengan MQTT [1] adalah protokol konektivitas machine-to-machine (M2M) /IoT yang berbasis open source dengan standar terbuka (OASIS) yang dirancang untuk perangkat terbatas dan bandwidth rendah, dengan latency tinggi atau berjalan pada jaringan yang diandalkan. MQTT sering digunakan untuk perangkat yang terhubung aplikasi mobile di era M2M/IoT yang mana bandwidth dan daya baterai menjadi pertimbangan utama sehingga dirasa sangat ideal untuk perangkat.
11
Prinsip protokol MQTT yaitu publish subcribe. Komponen seperti sensor yang menghasilkan informasi tertentu akan menerbitkan informasi disebut dengan publisher. Klien yang menginginkan informasi tertentu akan mendaftarkan diri dari informasi tersebut, proses ini disebut subscribe dan klien tersebut adalah subscriber. Selain itu juga terdapat istilah broker yang bertugas menjamin subscriber mendapatkan informasi yang diinginkan dari publisher. Interaksi antara publisher, subscriber dan broker digambarkan seperti pada Gambar 3.1. Pada arsitektur WSN digambarkan dengan broker sebagai middleware seperti pada Gambar 3.1. Broker terletak pada jaringan tradisional seperti Internet/LAN/WAN. Dibutuhkan gateway untuk menyediakan akses dengan broker. Sedangkan keamanan pada MQTT bisa menggunakan proxy pada MQTT tersebut atau menggunakan HTTP proxy. Perbedaan yang terjadi yaitu pada MQTT proxy terdapat pendekatan latensi yang lebih rendah dan lebih jelas jika ukuran data meningkat.
Terdapat tiga definisi level Quality of Service (QoS) pada MQTT untuk menjamin pesan terkirim ke klien, meliputi :
0 : broker/klien akan mengirim pesan sekali tanpa konfirmasi.
1 : broker/klien akan mengirimkan pesan minimal sekali, diperlukan konfirmasi,
2 : broker/klien akan mengirimkan pesan tepat sekali dengan menggunakan four step handshake.
Pesan dikirim melalui semua level QoS dan klien dapat subscribe level QoS manapun juga. Klien dapat memilih maksimum QoS yang akan diterima. Sebagai publisher dan subscriber yang berdasarkan protokol, mengijinkan banyak perangkat untuk berkomunikasi melalui jaringan wireless.
3.3 Modul Praktikum
3.3.1 Praktikum : Momen Inersia
Seperti yang telah dijelaskan pada bab I bahwa momen inersia adala sifat yang dimiliki oleh sebuah benda untuk mempertahankan posisinya dari gerak rotasi atau dapat juga diartikan sebagai ukuran kelembaman benda yang berotasi atau berputar pada sumbunya. Momen inersia suatu benda dan benda lainnya berbeda. Hal ini tergantung pada besarnya kuadrat jarak benda dari sumbu putar dan massa benda tersebut. Dari pengertian di atas, maka besarnya momen inersia dapat dirumuskan sebagai berikut :
12
I = mr2
dengan I adalah momen inersia, m adalah masa benda dan r adalah jarak benda dari sumbu putar.
Momen inersia dapat dimiliki oleh setiap benda, manusiapun memiliki momen inersia tertentu. Besarnya momen inersia bergantung pada berbagai bentuk benda, pusat rotasi, jari-jar rotasi, dan massa benda. Pada penentuan momen inersia bentuk tertentu seperti bola silinder pejal, plat segi empat, atau bentuk yang lain cenderung lebih mudah dari pada momen inersia benda yang memiliki bentuk yang tidak beraturan. Bentuk yang tidak beraturan ini tidak bias dihitung jari-jarinya, sehingga terdapat istilah jari-jari girasi. Jari-jari girasi ini adalah jari-jari dari benda yang bentuknya tak beraturan dihitung dari pusat rotasinya. Jari-jari girasi inilah yang membantu pada proses perhitungan jari momen inersia benda, tetapi pada setiap sisi benda yang tidak beraturan ini yang menyebabkan momen inersia yang tidak beraturan sulit untuk dihitung.
Benda tegar yang berotasi terdiri dari massa yang bergerak, sehingga memiliki energi kinetik. Hal ini dapat dinyatakan energi kinetik ini dalam bentuk kecepaian sudut benda dan sebuah besaran baru yang disehut momen inersia. Untuk mengembangkan hubungan ini, misalkan sebuah benda yang lerdiri dari sejumlah besar partikel dengan massa m1, m2,
m3,...pada jarak r1,r2,r3...dari sumbu putar. Apabila diberi nama masing-masing partikel
dengan subskrip i, massa partikel ke-i adalah mi, dan jaraknya dari sumbu pular adalah ri.
Partikel tidak harus seluruhnya berada pada satu bidang, sehingga dapat ditunjukkan bahwa rt adalah jarak legak lurus dari sumbu terhadap partikel ke-i.
Ketika benda tegar berotasi di sekitar sebuah sumbu tetap, laju Vi dari partikel ke-i
diberikan oleh Persamaan v, = ri ω, di mana ω adalah laju sudut benda. Setiap partikel
memiliki nilai r yang bcrbeda. Tetapi ω yang sama untuk semua (kalau tidak. benda tidak akan tegar). Energi kinelik uniuk partikel ke-i dinyatakan sebagai
1 2mivi
2= 1 2miri
2ω2
Energi kinetik total benda adalah jumlah energi kinetik dari semua partikelnya adalah
13
Besaran di dalam kurung , di dapat dengan mengalikan massa masing-masingpartikel dengan kuadrat jarakn ya dari sumbu putar dan menambahkan hasilnya, dinyatakan dengan I dan disebut sebagai momen inersia. Sehingga momen inersia dapat di nyatakan sebagai
I = m1r12+ m1r12+ ⋯ = ∑ miri2
i
(Sears, Zemansky.1962, 293-294)
Menghitung Momen Inersia
Persamaan umum dari momen inersia adalah : I = mr2
Tetapi untuk benda-benda kontinu, perhitungan pada momen inersia dapat digantikan oleh sebuah integral,yakni :
I = ∫ r2dm
Dengan r adalah jarak elemen massa dm dari sumbu rotasi. Salah satu bentuk benda yang memiliki momen inersia adalah piringan tipis. Tinjau piringan tipis berjari-jari r yang mempunyai massa persatuan luas 𝜎. Piringan diputar terhadap sumbu ( tegak lurus bidang gambar ) yang melalui titik O tepat pada sumbu simetrinya. Momen inersia dihitung melalui persamaan dalam bentuk integral, dalam hal ini disubstitusikan 𝑑𝑚 = 𝜎𝑑𝐴, dengan 𝑑𝐴 = 2𝜋𝑟 𝑑𝑟 adalah elemen luas sehingga
𝐼 = ∫ 𝜎2𝜋𝑟3 𝑑𝑟 =1 2𝜋𝜎𝑟
4 𝑟
0
Oleh karena massa piringan
𝑀 = ∫ 𝑑𝑚 = ∫ 𝜎𝑑𝐴 = ∫ 𝜎2𝜋𝑟 𝑑𝑟 = 𝜎𝜋𝑟2
𝑟 0 𝑟
0
Maka momen inersia piringan tipis terhadap sumbu simetrinya dinyatakan sebagai 𝐼 =1
2𝑀𝑟
14 Gambar 3. 2 Penampang Piringan Tipis
Hukum dua Newton Pada Momen Inersia
Gambar 3.2 menunjukkan sebuah benda tegar yang berputar terhadap sebuah sumbu tetap melalui titik O yang tegak lurus pada bidang gambar.
Gambar 3. 3 Gaya luar Fi dan gaya dakhilfi yang bekerja terhadap partikel
bermassa mi
Titik besar merupakan salah satu partikel benda yang mempunyai massa mi. Partikel
itu mengalami gaya luar Fi dan juga gaya dakhil fi, yaitu resultan gaya-gaya yang dilakukan
terhadapnya oleh semua oartikel lain dari benda itu. Apabila tinjauan gaya hanya pada Fi dan
fi yang terletak pada bidang yang tegak lurus pada sumbu. Berdasarkan hukum kedua
Newton,
Fi + fi = miai
Maka, apabila setiap gaya tersebut diuraikan dan percepatan menjadi percepatan radial persamaannya adalah :
15
Fisin θi+ fisin∅i = miaiR = miriα
Apabila kedua ruas persamaan dikalikan dengan jarak ri dari partikel ke sumbu,
diperoleh
Firisin θi+ firisin∅i = miaiR= miri2α
Suku pertama diruas kiri adalah momen inersia τi, gaya luar terhadap sumbu, dan suku kedua adalah momen gaya dakhil.
Karena benda itu tegar, maka semua partikel memiliki percepatan sudut α yang sama dan oleh karena itu
τ = ∑(miri2
i
)α
Jumlah ∑i(miri2) adalah momen inersia benda terhadap sumbu yang melalui titik O, sehingga
τ = Iα = Idω dt
Artinya apabila sebuah benda tegar diputar terhadap suatu sumbu tetap, maka resultan gaya putar (torsi) luar terhadap sumbu itu sama dengan hasil kali kelembaman benda itu terhadap sumbu dengan percepatan sudut.
Jadi percepatan sudut sebuah benda tegar terhadap suatu sumbu tetap ditentukan berdasarkan persamaan yang bentuknya tepat sama seperti persamaan seperti percepatan linear sebuah partikel :
F = ma = mdv dt
Gaya putar resultan τ terhadap sumbu bersesuaian dengan gaya resultan F, percepatan sudut α bersesuaian dengan percepatan sudu linear a, dan momen kelembaman I terhadap sumbu bersesuaian dengan massa m.
16
BAB 4 METODE PENELITIAN
4.1. Digitalisasi perangkat praktikum
Digitalisasi perangkat praktikum perlu dilakukan untuk mengembangkan kegiatan pembelajaran praktikum berbasis teknologi yang interaktif dengan tetap memperhatikan ranah perkembangan psikomotorik dan afektif praktikan.
Upaya yang pertama yakni menggantikan konsep kegiatan pembelajaran yang semula
paper-based menjadi online learning yang interaktif. Website praktikum dibangun dengan
antarmuka yang memberikan pengalaman (experience) belajar kepada praktikan dengan efektif dan mudah dipahami.
Upaya selanjutnya yakni memodernisasi perangkat pengukuran praktikum ke perangkat pengukuran digital yang memungkinkan pengiriman hasil pengukuran langsung ke Cloud Computer. Hasil pengukuran ini nantinya akan terintegrasi dengan website praktikum, sehingga data pengukuran selama kegiatan praktikum dapat dievaluasi dengan lebih mudah dan efektif.
Ilustrasi konsep pengembangan digitalisasi perangkat praktikum diperlihatkan pada Gambar 4.1.
Gambar 4. 1. Konsep (Diagram Blok) untuk pengembangan digitalisasi perangkat praktikum
17
Adapun usulan digitalisasi beberapa komponen/instrument praktikum dalam upaya pengembangan praktikum online tertera pada Tabel 1 berikut:
Tabel 4.1. Usulan Digitalisasi Perangkat Praktikum Hukum Kirchhoff Komponen/Instrumen
Praktikum
Peralatan Existing Usulan Digitalisasi Perangkat
Instrumentasi Pengukuran Multimeter Digital Modul Instrumentasi Pengukuran berbasis IoT
Instruksi Praktikum Cetak (Paper Based) Website Interaktif Pengisian Lembar Data
Praktikum
Cetak (Paper Based) Website Interaktif Pre-test dan Post Test Manual / Tatap Muka Online
Pengembangan digitalisasi perangkat praktikum memungkinkan praktikan mendapatkan pengalaman interakif praktikum hukum kirchhoff secara digital dengan konsep / skenario sebagai berikut:
1) Praktikan Login ke laman Praktikum Online ITS
Gambar 4. 2. Konsep (Wireframe) laman login praktikan
2) Praktikan mendaftar (enroll) pada laman Praktikum Kirchoff
3) Praktikan melakukan sinkronisasi perangkat IoT untuk pengukuran tegangan dan arus ke Website
4) Praktikan mendapat materi mengenai dasar konsep dan latar belakang praktikum. Materi disampaikan dalam bentuk video dan teks.
18 Gambar 4. 3 Konsep (Wireframe) antarmuka website praktikum hukum Kirchhoff.
5) Praktikan memulai percobaan sesuai dengan instruksi (contoh: menyusun rangkaian sesuai dengan instruksi)
6) Praktikan melakukan perhitungan secara manual sesuai dengan dasar teori 7) Praktikan melakukan pengukuran dengan memasangkan test probe pada
titik-titik cabang (node) yang diamati.
8) Hasil pengukuran akan tampil pada website, praktikan dapat menyimpan hasil pengukuran dengan klik tombol simpan
9) Praktikan melanjutkan ke percobaan berikutnya sesuai dengan instruksi yang berikutnya
10) Praktikum selesai apabila praktikan sudah menyelesaikan seluruh percobaan atau waktu yang disediakan telah habis
19 Gambar 4. 4 Konsep (Wireframe) laman percobaan yang dilakukan secara interaktif
oleh praktikan
4.2 User Flow
User flow adalah prosedure pelaksanaan praktikum secara online pada modul Telelab. Adapun desain user flow yang dibuat adalah sebagai berikut :
1. Mahasiswa yang sudah terdaftar sebagai peserta praktikum harus Log in terlebih dahulu baik melalui aplikasi web ataupun melalui aplikasi mobile.
2. Setelah berhasil log in, mahasiswa praktikan memilih modul praktikum yang akan dilaksanakan. Informasi antrian akan ditampilkan pada tiap modul bila modul yang diakses sedang digunakan oleh peserta lain.
3. Bila sudah bisa mengakses modul praktikum, peserta harus mempelajari terlebih dahulu konsep, object dan prosedure pelaksanaan praktikum pada aplikasi web/mobile.
4. Berikutnya adalah pelaksanaan praktikum dengan modul telelab. Mahasiswa praktikum menjalankan instruksi praktikum dengan melakukan perhitungan juga pembuktian hasil perhitungan pada modul telelab.
5. Hasil perhitungan dan konfigurasi data praktikum disubmit keserver untuk diproses oleh perangkat modul telelab. Selama proses mahasiswa dapat melihat secara streaming proses yang terjadi pada perangkat Telelab melalui kamera terpasang.
20
6. Data terkirim diteruskan ke perangkat telelab untuk diproses. Hasil proses data dikirimkan ulang oleh server ke front end modul telelab. Mahasiswa dapat secara langsung melihat hasil percobaan berikut nilai yang diperoleh.
7. Dosen/asisten pengampu dapat juga melihat hasil percobaan setiap peserta melalui aplikasi web.
Gambar 4. 5 User Flow pelaksanaan praktikum
4.3 Mockup web base aplikasi Telelab
21
Pada Gambar 4.6. Peserta praktikum melakukan login setelah registrasi terlebih dahulu untuk bisa mengakses dan mengikuti serta melaksanakan praktikum
Gambar 4. 7 Desain Tutorial Praktikum
Gambar 4.7. Adalah desain tutorial prosedur dan pelaksanaan praktikum yang berikutnya akan terhubung dengan modul telelab.
Gambar 4. 8 Desain monitoring pelaksanaan praktikum
22 4.4 Desain enclosure untuk modul IoT
Gambar 4. 9 Gambar enclosure tampak atas
23 Gambar 4. 11 Gambar enclosure tampak bagian dalam
24
BAB 5 JADWAL DAN RANCANGAN ANGGARAN BIAYA
Pada bab ini akan dijelaskan bagaimana penelitian ini diorganisasi. Bab ini akan membahas tentang jadwal dan rancangan anggaran biaya.
5. 1. Jadwal
Penelitian ini akan dilaksanakan selama 12 bulan dimulai pada bulan April 2020 dan berakhir pada Maret 2021. Jadwal kerja dari penelitian ini dijelaskan pada Tabel 5.1
Tabel 5. 1 Jadwal kerja penelitian
No Kegiatan BULAN
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Desain PCB 10 modul IoT --- ---- ---- ----
2 Modifikasi modul praktikum --- ---- ---- ---- ---- ---- ----
3 Perancangan software embedded modul IoT --- --- --- --- --- --- ---
4 Webserver, Web based application --- --- --- --- --- --- ---
5 Perancangan mobile based application --- --- --- --- --- --- --- 6 Pengujian ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- 5.2 Anggaran Biaya
Anggaran biaya dalam penelitian ini adalah Dana Lokal ITS tahun 2020. Adapun anggaran biaya secara detil ditunjukkan pada Tabel 5.2 dan Tabel 5.3.
Tabel 5. 2 Anggaran Biaya Penelitian untuk komponen
NO Item Name Description QTY Unit Price/Unit
(Rp) Amount (Rp)
6 IoT Interface Module
untuk praktikum
momen inersia
1. Modul terdiri dari:
Industrial power supply
Main microcontroller IoT
Rotary Sensor
DC Servo Motor
Actuator Driver
Counter Processor
IP Camera Set
Embedded software 1 Unit 60.250.000 60.250.000
Modifikasi modul momen inersia 1 Unit 10.250.000 11.600.000
Desain enclosure 1 Unit 8.250.000 8.250.000
2 Desain Hub ethernet Desain Hub IP 1 Unit 5.400.000 5.400.000
25 Tabel 5. 3. Pembuatan Web Apps
NO Item Name Description QTY Unit Price/U
(Rp) Amount (Rp)
1 Webserver, Web based application dan mobile based application
Pembuatan web server dan
disain web apps yang
menghubungkan Modul IoT tiap praktikum agar bisa difungsikan secara online
1 unit 24.500.000 24.500.000
26
BAB 6 DAFTAR PUSTAKA
[1] Halliday, D. dan Resnick, R. 1985. Fisika Jilid 1 edisi ketiga (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga
[2] Giancoli, D.C. 2009. Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics 4th
edition, New Jersey : Pearson Education,Inc.
[3] Serway, R. “Physic for scientist & Engineerings With Modern Physic”, James Madison University Harisson Burg, Viriginia, 1989.
[4] Resnick & Haliday, “ Fisika Jilid I ” Erlangga (Terjemahan).
[5] Tipler, P. ”Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid I” Erlangga (Terjemahan).
[6] Dosen-dosen fisika FMIPA ITS. 2009. Fisika I
Kinematika-Dinamika-Getaran-Panas. Surabaya : YANASIKA
[7] Giancoli, Douglas C. 2001. FISIKA Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Erlangga [8] Resnick, R. and Halliday, D. 1986. Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga [9] Sarojo, Ganijaty Aby. 2002. Fisika Dasar Mekanika. Jakarta: Salemba Teknika [10] Sears dan Zemansky. 1982. FISIKA untuk Universitas 1 Mekanika.Panas.Bunyi.
Bandung : Binacipta
[11] http://www.mediabali.net/fisika_hypermedia/gerak_peluru.html
[12] Dosen - dosen Fisika, Fisika I, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 1998.
[13] Sears. Zemansky, Fisika Untuk Universitas 1, Yayasan Dana Buku Indonesia, Jakarta-New York, 1994.
[14] Dosen - dosen Fisika, Petunjuk Praktikum Fisika Dasar, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 1998.
[15] Bueche.F.1998.Principles of Physics.Singapore.mc.Graw hill [16] Celleto Vancent.P.1994.College Physics.USA.Van hertman press [17] Mansfield.1998.Understanding Physics.New York.Proxis pubhlishing [18] W.Welson.1990.Enginerig Physics.USA.Mc.Graw hill company.inc [19] Young D Hugh.2002.Fisika Universitas.Jakarta.Erlangga
27
BAB 7 LAMPIRAN
Biodata Tim Peneliti
1. Ketuaa. Nama Lengkap : Dr. Tri Arief Sardjono ST., MT. b. NIP /NIDN : 19700212 199512 1001 / 0012027005 c. Fungsional/Pangkat/Gol. : Lektor Kepala / IVa
d. Bidang Keahlian : Biomedical Engineering e. Departemen/Fakultas : Teknik Biomedik / FTEIC
f. Alamat Rumah dan No. Telp. : Kalijudan Taruna II/21 Surabaya / 031-3822752 g. Riwayat penelitian/pengabdian (2) yang paling relevan dengan penelitian yang
diusulkan/dilaporkan (sebutkan sebagai Ketua atau Anggota)
Analisis Spektrum Frekwensi Suara untuk menentukan frekwensi dasar pasien tuna laring
Analisis spektrum sinyal EMG (electromyogram) pada otot leher untuk klasifikasi suara pasien tuna laring
Kursi roda Hybrid Paguyuban Cacat Daya Mandiri Surabaya
Feasibility Study Perancangan ECG 12 Channel terkoneksi internet untuk Screening penyakit jantung koroner di Puskesmas (Penelitian Kerjasama Antar Perguruan Tinggi – Dana Lokal ITS 2018)
h. Publikasi (2) yang paling relevan (dalam bentuk makalah atau buku)
Voice Spectrum Analysis and Fundamental Frequency Determination of normal, electrolarynx and Esophageal voice of Laryngectomiced Patients.
A new approach for automatic Curvature Detection from a Frontal X-ray Image of a Scoliotic Patient.
i. Paten (2) terakhir :
28 2. Anggota 1
a. Nama Lengkap : Nada Fitrieyatul Hikmah, S.T., M.T. b. Jenis Kelamin : Perempuan
c. NIP/NPP : 199001072018032001 d. Fungsional/Pangkat/Gol. : Penata Muda Tingkat I/IIIb e. Jabatan Struktural : -
f. Bidang Keahlian : Cardiac Engineering
g. Departemen/Fakultas : Teknik Biomedik / Fakultas Teknologi Elektro dan Informatika Cerdas
h. Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember
i. Alamat Rumah dan No. Telp. : Jl. Medokan Sawah Timur IID no.4 Surabaya – 085749241212
j. Riwayat penelitian :
1. Diagnosis Kelelahan Selama Latihan Dengan Sinyal ECG Sebagai Kontrol Kecepatan Treadmill Dan Pasca Latihan Dengan Sinyal PCG (Dana Lokal ITS 2019 – Ketua)
2. Pengembangan Framework Pengolahan Sinyal Jantung Untuk Analisis Multimodal Parameter Cardiodynamic (Dana Lokal ITS 2018 – Ketua)
k. Riwayat pegabdian :
3. Diseminasi Hasil Riset Departemen Teknik Biomedik FTE-ITS kepada Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga (Dana Lokal ITS 2018 – Anggota)
l. Publikasi Ilmiah :
1. Hikmah, N.F., Arifin, A., Sardjono, T.A., Suprayitno, E.A. (2016), “A Sequential Hypothesis Testing of Multimodal Cardiac Analysis”, Proceedings Asea Uninet
Scientific and Plenary Meeting 2016, hal. 63-77.
2. Hikmah, N.F., Arifin, A., Sardjono, T.A., Suprayitno, E.A. (2015), “A Signal Processing Framework for Multimodal Cardiac Analysis”, Intelligent Technology
29 3. Anggota 2
a. Nama : Hendra Cordova, S.T, M.T b. Jenis Kelamin : Laki-laki
c. NIP/NPP : 19690530 199412 1 001 d. Fungsional/Pangkat/Gol. : Lektor Kepala/ IVb e. Jabatan Struktural : -
f. Bidang Keahlian : Instrumentasi, Kontrol dan Safety g. Departemen/Fakultas : Teknik Fisika FTI-ITS
h. Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember
i. Alamat Rumah dan No. Telp. : Jl. Teknik Sipil N-13 Sukolilo Surabaya 08123 297 897 j. Riwayat penelitian
No Judul Proyek/Penelitian Sumber Dana
Tahun Status
1 Studi Tentang Penerapan Algoritma Belajar Levenberg Marquardt pada Strategi Sistem Kontrol Prediktif Non-Linier Berbasis Jaringan Syaraf Tiruan untuk Proses Multi Input Multi Ouput Program Insentif Riset Dasar/ KNRT 2006-2007 Januari 2006 Anggota
2 Pengembangan dan Implementasi Prototipe Strategi Sistem Kontrol Prediktif Nonlinier Berbasis Jaringan Syaraf Tiruan Pada Proses Multi Input Multi Output (MIMO)
DIKTI (Hibah Bersaing 2007)
Februari 2007 Anggota
3 Analisa kinerja sistem pengendalian temperatur dan safety instrumented system (sis) pada
thermal oxidizer conocophillips indonesia
dengan metode markov analysis
Final Project 2008 Anggota
4 Simulasi integrasi sistem interlock (sis) dan kontrol dinamik (bpcs) untuk memenuhi safety integrity level pada gas turbin pt. indonesia power ubp semarang menggunakan diagram alir keadaan
Final Project 2009 Anggota
5 Penentuan SIL (safety integrity level) pada unit steam drum
Final Project 2010 Anggota 6 Preliminary HAZID study
feed submarine pipeline
facility of crude RU VI Balongan
PT. Pertamina Balongan
2012 Anggota
7 Pembuatan Front End Engineering Design (FEE) dan ITB Pembangunan Submarinr Pipeline untuk Fasilitas Bongkar Muat Tanker Crude di RU VI Balongan Engineering Center Refining DIrectorat
PT. Pertamina
30 No Judul Proyek/Penelitian Sumber
Dana
Tahun Status
8 Pembuatan P&ID Drawing di SUPPLY & DISTRIBUSI REGION IV-DIT.
PEMASARAN & NIAGA WAYAME Ambon PT. Pertamina Ambon
2014 Anggota
9 Pengembangan Sarfas Pertamina Dex Bali PT. Pertamina Bali
2014 Anggota
10 RANCANG BANGUN KONTROL EC (Elecric Conductivity) BERBASIS
SOFTSENSOR EC-pH DENGAN METODE JARINGAN SYARAF TIRUAN UNTUK OPTIMASI SUPLAI ENERGI NUTRISI
HIDROPONIK NFT SELADA (Lettuce Sativa)
Penelitian Laboratorium Lokal ITS
2019 Ketua
Daftar Publikasi
1. T.R. Biyanto, F. Kusuma, H. Cordova, Y. Sutatio, R. Bayuaji, Handling Low and High Demand Mode on Safety Instrumented Function, International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE) Vol.5 pp. 742-749, August 2015
2. T.R. Biyanto, E.K. Gonawan, G. Nugroho, R. Hantoro, H. Cordova, K. Indrawati, Heat exchanger network retrofit throughout overall heat transfer coefficient by using genetic algorithm, International Journal of Applied Thermal Engineering Vol. 94 pp. 274-281, February 2016
DATA USULAN DAN PENGESAHAN PROPOSAL DANA LOKAL ITS 2020
1. Judul Penelitian
DIGITALISASI LABORATORIUM FISIKA DASAR ITS BERBASIS IoT : Praktikum Momen Inersia
Skema : PENELITIAN UNGGULAN ITS (TERAPAN MULTIDISIPLIN)
Bidang Penelitian : Mekatronika dan Otomasi Industri
Topik Penelitian : Topik Pendukung Unggulan ITS IoT Module 2. Identitas Pengusul
Ketua Tim
Nama : Dr. Tri Arief Sardjono S.T, MT.
NIP : 197002121995121001
No Telp/HP : 081938441832
Laboratorium : Laboratorium Instrumentasi dan Pengolahan Sinyal Biomedik
Departemen/Unit : Departemen Teknik Biomedik
Fakultas : Fakultas Teknologi Elektro dan Informatika Cerdas
Anggota Tim
No Nama
Lengkap Asal Laboratorium Departemen/Unit
Perguruan Tinggi/Instansi 1 Hendra Cordova ST.,MT. Laboratorium Rekayasa Instrumentasi Departemen Teknik Fisika ITS 2 Dr. Tri Arief Sardjono S.T, MT. Laboratorium Instrumentasi dan Pengolahan Sinyal Biomedik Departemen Teknik Biomedik ITS 3 Nada Fitrieyatul H. ST, MT Laboratorium Instrumentasi dan Pengolahan Sinyal Biomedik Departemen Teknik Biomedik ITS
3. Jumlah Mahasiswa terlibat : 0
4. Sumber dan jumlah dana penelitian yang diusulkan
a. Dana Lokal ITS 2020 :
b. Sumber Lain :
110.000.000,-Tanggal Persetujuan Nama Pimpinan Pemberi Persetujuan Jabatan Pemberi Persetujuan Nama Unit Pemberi Persetujuan QR-Code 13 Maret 2020 Hendro Nurhadi Dipl., Ing., Ph.D. Kepala Pusat Penelitian/Kajian/Unggulan Iptek Mekatronika dan Otomasi Industri 13 Maret 2020 Agus Muhamad Hatta , ST, MSi, Ph.D Direktur Direktorat Riset dan Pengabdian Kepada Masyarakat
