Bab1
Latar belakang
Kemajuan
ilmu pengetahuan dan teknologi dari masa ke masa berkembang cepat.
Perkembangan ini tampak jelas di dunia keelektronikaan, dimana sebelumnya banyak
pekerjaan menggunakan tangan manusia, kemudian beralih menggunakan mesin, berikutnya
dengan electro-mechanic (semi otomatis) dan sebagainya. Pemanfaatan teknologi saat ini sangat berpengaruh pada kehidupan manusia seharihari. Mulai dari teknologi yang paling kecil sampai pada yang sangat canggih. Saat ini ada beberapa alat-alat elektronik yang mulai berkembang untuk embantu kegiatan manusia sehari-hari.
Perkembangan ini tampak jelas di dunia keelektronikaan, dimana sebelumnya banyak
pekerjaan menggunakan tangan manusia, kemudian beralih menggunakan mesin, berikutnya
dengan electro-mechanic (semi otomatis) dan sebagainya. Pemanfaatan teknologi saat ini sangat berpengaruh pada kehidupan manusia seharihari. Mulai dari teknologi yang paling kecil sampai pada yang sangat canggih. Saat ini ada beberapa alat-alat elektronik yang mulai berkembang untuk embantu kegiatan manusia sehari-hari.
Mulai
dari peralatan hiburan sampai pada peralatan yang dapat mengganti tugas manusia
untuk bekerja. Teknologi saat ini sangat berkembang pesat. Berbagai macam alat elektronik telah dibuat
oleh manusia dengan fungsinya masing-masing. Dengan sebuah system kerja tidak
jauh berbeda antara satu dengan yang lainnya. Salah satu perangkat yang paling
penting dalam sebuah alat elektronik adalah sebuah sensor yang dapat mendeteksi
kejadian atau situasi yang ada di
sekelilingnya. Mulai dari sensor suara, sensor api, dan sensor jarak. Dalam
makalah ini kami akan membahas sebuah sensor yang digunakan di sebuah
alatelektronik seperti robot dengan menggunakan sensor jarak, dalam hal ini
akan membahas sebuah sensor ultrasonic.
Rumusan Masalah
1. Apa
dapat diketahui dari sensor Ultrasonik?
2. Bagaimana
karakteristik sensor ultrasonic?
3. Apa
implementasi dari sensor ultra sonic dan jelaskan prinsip prinsip dari sensor
ultrasonic?
Tujuan
1. Menegetahui
tentan cara kerja ultrasonik
2. Mampu
memahami dan menjelaskan karakteristik dan prinsip kerja ultrasonik
3. Dapat
menegimplemetasikan ultrasonik untuk kemudahan dalam melakukan pekerjaan yang
tergolong sederhan hingga rumit.
Bab
2
Pembahasan
2.1 Sensor Ultrasonic
Sensor
adalah piranti yang mengubah suatu nilai (isyarat/energi) fisik ke nilai fisik
yang
lain menjadi satuan analog sehingga dapat dibaca oleh suatu rangkaian elektronik. Fenomena fisik yang mampu menstimulus sensor untuk menghasilkan sinyal elektrik meliputi temperatur, tekanan, gaya, medan magnet cahaya, pergerakan dan sebagainya.
Sensor adalah alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu, yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam
lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya (Petruzella, 2001). Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah tegangan fisika (misalnya: temperatur, cahaya, gaya, kecepatan putaran) menjadi besaran listrik yang proposional. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan ini harus memnuhi persyaratan-persyaratan kualitas yakni :
1. Linieritas
lain menjadi satuan analog sehingga dapat dibaca oleh suatu rangkaian elektronik. Fenomena fisik yang mampu menstimulus sensor untuk menghasilkan sinyal elektrik meliputi temperatur, tekanan, gaya, medan magnet cahaya, pergerakan dan sebagainya.
Sensor adalah alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu, yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam
lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya (Petruzella, 2001). Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah tegangan fisika (misalnya: temperatur, cahaya, gaya, kecepatan putaran) menjadi besaran listrik yang proposional. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan ini harus memnuhi persyaratan-persyaratan kualitas yakni :
1. Linieritas
Konversi
harus benar-benar proposional, jadi karakteristik konversi harus linier.
2.
Tidak tergantung temperature
Keluaran
inverter tidak boleh tergantung pada temperatur disekelilingnya, kecuali sensor
suhu.
3. Kepekaan Kepekaan
Sensor
harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-nilai masukan yang ada dapat
diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar.
4.
Waktu tanggapan
Waktu
tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah
secara mendadak. Sensor harus dapat
berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah.
berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah.
Ada
6 tipe isyarat sensor, yaitu:
1.
Mechanical, contoh: panjang, luas, mass flow, gaya, torque, tekanan, kecepatan,
percepatan, panjang gel acoustic, dll
percepatan, panjang gel acoustic, dll
2.
Thermal, contoh: temperature, panas, entropy, heat flow
3.
Electrical, contoh: tegangan, arus, muatan, resistance, frekuensi, dll
4.
Magnetic, contoh: intensitas medan, flux density, dll
5.
Radiant, contoh: intensitas, panjang gelombang, polarisasi, dll
6.
Chemical, contoh: komposisi, konsentrasi, pH, kecepatan reaksi, dll
Sensor
ultrasonik adalah sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang
suara dan digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu objek tertentu di depannya,
frekuensi kerjanya pada daerah diatas gelombang suara dari 40 KHz hingga 400 KHz. Sensor
ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit penerima. Struktur unit
pemancar dan penerima sangatlah sederhana, sebuah kristal piezoelectric dihubungkan
dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan diafragma penggetar.
suara dan digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu objek tertentu di depannya,
frekuensi kerjanya pada daerah diatas gelombang suara dari 40 KHz hingga 400 KHz. Sensor
ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit penerima. Struktur unit
pemancar dan penerima sangatlah sederhana, sebuah kristal piezoelectric dihubungkan
dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan diafragma penggetar.
Tegangan
bolak-balik yang memiliki frekuensi kerja 40 KHz hingga 400 KHz
diberikan pada plat logam. Struktur atom dari kristal piezoelectric akan berkontraksi
(mengikat), mengembang atau menyusut ter-hadap polaritas tegangan yang diberikan, dan ini
disebut dengan efek piezoelectric. Kontraksi yang terjadi diteruskan ke diafragma penggetar
sehingga terjadi gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke udara dan pantulan gelombang
ultrasonik akan terjadi bila ada objek tertentu, dan pantulan gelombang ultrasonik akan
diterima kembali oleh oleh unit sensor penerima. Selanjutnya unit sensor penerima akan
menyebabkan diafragma penggetar akan bergetar dan efek piezoelectric menghasilkan sebuah
tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang sama.
diberikan pada plat logam. Struktur atom dari kristal piezoelectric akan berkontraksi
(mengikat), mengembang atau menyusut ter-hadap polaritas tegangan yang diberikan, dan ini
disebut dengan efek piezoelectric. Kontraksi yang terjadi diteruskan ke diafragma penggetar
sehingga terjadi gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke udara dan pantulan gelombang
ultrasonik akan terjadi bila ada objek tertentu, dan pantulan gelombang ultrasonik akan
diterima kembali oleh oleh unit sensor penerima. Selanjutnya unit sensor penerima akan
menyebabkan diafragma penggetar akan bergetar dan efek piezoelectric menghasilkan sebuah
tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang sama.
Besar
amplitudo sinyal elekrik yang dihasilkan unit sensor penerima tergantung dari
jauh dekatnya objek yang dideteksi serta kualitas dari sensor pemancar dan sensor penerima.
Proses sensing yang dilakukan pada sensor ini menggunakan metode pantulan untuk
menghitung jarak antara sensor dengan obyek sasaran. Jarak antara sensor tersebut dihitung
dengan cara mengalikan setengah waktu yang digunakan oleh sinyal ultrasonik dalam
perjalanannya dari rangkaian Tx sampai diterima oleh rangkaian Rx, dengan kecepatan
rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya.
jauh dekatnya objek yang dideteksi serta kualitas dari sensor pemancar dan sensor penerima.
Proses sensing yang dilakukan pada sensor ini menggunakan metode pantulan untuk
menghitung jarak antara sensor dengan obyek sasaran. Jarak antara sensor tersebut dihitung
dengan cara mengalikan setengah waktu yang digunakan oleh sinyal ultrasonik dalam
perjalanannya dari rangkaian Tx sampai diterima oleh rangkaian Rx, dengan kecepatan
rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya.
2.2 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik
Pada awalnya sebuah sinyal akan dipancarkan oleh pemancar sensor
ultrasonic.
Sinyal yang telah dipancarkan berfrekuensi lebih dari 20kHz, sedangkan sinyal yang
biasa digunakan untuk mengukur jarak suatu benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut akan
dibangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonic. Kemudian sinyal yang telah
dipancarkan tersebut akan merambat sebgai sinyal atau gelombang bunyi dengan
kecepatan bunyi berkisar 340 m/s.
Sinyal yang telah dipancarkan berfrekuensi lebih dari 20kHz, sedangkan sinyal yang
biasa digunakan untuk mengukur jarak suatu benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut akan
dibangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonic. Kemudian sinyal yang telah
dipancarkan tersebut akan merambat sebgai sinyal atau gelombang bunyi dengan
kecepatan bunyi berkisar 340 m/s.
Sinyal yang merambat akan dipantulkan dengan objek didepannya dan
akan diterima
oleh receiver atau bagian penerima ultrasonic. Setelah sinyal tersebut sampai di receiver
ultrasonic, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak
dihitung berdasarkan rumus S =340 x t/2, dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik
dengan bidang pantul, dan t adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang
ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonic.
oleh receiver atau bagian penerima ultrasonic. Setelah sinyal tersebut sampai di receiver
ultrasonic, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak
dihitung berdasarkan rumus S =340 x t/2, dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik
dengan bidang pantul, dan t adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang
ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonic.
Bunyi ultrasonik tidak dapat di dengar oleh telinga manusia.
Bunyi ultrasonik dapat didengar oleh anjing, kucing, kelelawar, dan
lumba-lumba. Bunyi ultrasonik nisa merambat melalui zat padat, cair dan gas.
Reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat padat hampir sama dengan
reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat cair. Akan tetapi, gelombang
bunyi ultrasonik akan diserap oleh tekstil dan busa.
Gambar 1.1 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik
Besar amplitudo sinyal elekrik yang dihasilkan unit sensor
penerima tergantung dari
jauh dekatnya objek yang dideteksi serta kualitas dari sensor pemancar dan sensor
penerima. Proses sensing yang dilakukan pada sensor ini menggunakan metode pantulan
untuk menghitung jarak antara sensor dengan obyek sasaran. Jarak antara sensor tersebut
dihitung dengan cara mengalikan setengah waktu yang digunakan oleh sinyal ultrasonik
dalam perjalanannya dari rangkaian Tx sampai diterima oleh rangkaian Rx, dengan
kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya,
yaitu udara.
jauh dekatnya objek yang dideteksi serta kualitas dari sensor pemancar dan sensor
penerima. Proses sensing yang dilakukan pada sensor ini menggunakan metode pantulan
untuk menghitung jarak antara sensor dengan obyek sasaran. Jarak antara sensor tersebut
dihitung dengan cara mengalikan setengah waktu yang digunakan oleh sinyal ultrasonik
dalam perjalanannya dari rangkaian Tx sampai diterima oleh rangkaian Rx, dengan
kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya,
yaitu udara.
2.3
Jenis-jenis Sensor Ultrasonik
a.
Sensor Ultrasonik PING
Sensor
ini memiliki frekuensi 40KHz, di produksi oleh parallax dan biasanya digunakan
untuk kontes robot cerdas. Kelebihan sensor ini adalah hanya membutuhkan 1
sinyal (SIG) selain 5V dan Ground. Sensor ini mendeteksi jarak dengan cara
memancarkan gelombang ultrasonik 40Khz selama 200 mikro sekon kemudian
mendeteksi pantulannya.
Sensor
ini memancarkan gelombang ultrasonik sesuai dengan control dari
microcontroller. Spesifikasi sensor ultrasonik PING:1 Kisaran pengukuran 3 cm –
3 m2. Input trigger – positive TTL pulse, 2 us min, 5 us tipikal3. Echo hold
off 750 us dari of trigger pulse4. Delay before next measurement 200 us5. Brust
indikator LED menampilkan aktivitas sensor gelombang ini melalui udara dengan
kecepatan 344 m/s kemudian mengenai obyek dan memantul kembali ke sensor.
Ping
mengeluarkan pulsa output high pada pin SIG setelah memancarkan gelombang
ultrasonik dan setelah gelombang pantulan terdeteksi Ping akan membuat output
low pada pin SIG. Lebar pulsa High (tIN) akan sesuai dengan lama waktu tempuh
gelombang ultrasonik untuk 2x jarak ukur dengan obyek. Maka jarak yang diukur
ialah [(tIN s x 344 m/s) : 2] meter. Sistem minimal mikrokontroller ATMega 8535
dan software basic stamp Editor diperlukan untuk memprogram mikrokontroller dan
mencoba sensor ini.
Keluaran
dari pin SIG ini yang dihubungkan ke salah satu port di kit mikrokontroller.
Berikut contoh aplikasi sensor PING pada mikrokontroler BS2, dimana pin SIG
terhubung ke pa pin7, dan memberikan catu daya 5V dan ground. fungsi SIG OUT
untuk mentrigger ping, sedangkan fungsi SIG IN digunakan untuk mengukur pulsa
yang sesuai dengan jarak dari objek target.
Instalasi Sensor Ultrasonic Ping
Sensor
ultrasonic ping akan bekerja jika mendapat suplay tegangan sebesar 5 V DC.
Dimana tegangan 5 V DC dihubungkan dengan konektor Vcc dan ground pada sensor.
Untuk konektor SIG dapat dihubungkan dengan mikrokontroler. Konektor SIG adalah
sebagai control sensor ini dalam pendeteksian objek sekaligus pembacaan jarak
objek dengan sensor ini. Progamer dapat mensetting sensor ini dengan jarak yang
telah ditentukan sesuai dengan ring deteksi dari sensor ultrasonic ping ini
sesuai dengan kebutuhan penggunaan dari sensor tersebut. Ketika sensor
disetting jaraknya maka dengan jarak yang telah ditentukanlah sensor akan bekerja
dalam pendeteksian objek. Kisaran jarak yang dapat di baca sensor ultrasonic
ping ini adalah 3 cm sampai 3 m.Selain range jarak antara 3 cm sampai 3 m yang
mampu dideteksi oleh sensor ultrasonik ping, sudut pancaran dari sensor jarak
ultrasonic ping adalah dari 0 derajat sampai dengan 30 derajat.
Gambar 1.2 Sensor PING
b.
Sensor Ultrasonik Devantech
SRF04
Sensor
jarak merupakan sensor yang wajib ada pada robot terkini. Devantech SRF04
adalah salah satu sensor jarak yang paling banyak digunakan pada kontes robot
di indonesia selain ping Devantech. SRF04 ultrasonik range finder memberikan
informasi jarak dari kisaran 3 cm – 3 m. Harga sensor ini tidak lebih dari Rp
360.000,00. Anda juga dapat membeli SRF05 yang harganya lebih murah
dibandingkan SRF04 dengan kualitas yang tidak jauh berbeda.
Kit ini sangat mudah untuk dirangkai dan
membutuhkan sumber daya yang kecil sekali, yang sangat ideal untuk aplikasi
mobil robot pencari jarak ini bekerja dengan cara memancarkan pulsa suara
dengan kecepatan suara ( 0,9 ft/milidetik ).
Gambar 1.3 Sensor devantceh SRF04
c.
Sensor Ultrasonik HC-SR04
Sensor ini merupakan sensor ultrasonik siap
pakai, satu alat yang berfungsi sebagai pengirim, penerima, dan pengontrol
gelombang ultrasonik. Alat ini bisa digunakan untuk mengukur jarak benda dari
2cm - 4m dengan akurasi 3mm. Alat ini memiliki 4 pin, pin Vcc, Gnd, Trigger,
dan Echo. Pin Vcc untuk listrik positif dan Gnd untuk ground-nya. Pin Trigger
untuk trigger keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal
pantul dari benda.
Gambar 1.4 sensor ultrasonik HC-SR04
Cara menggunakan alat ini yaitu: ketika kita
memberikan tegangan positif pada pin Trigger selama 10uS, maka sensor akan
mengirimkan 8 step sinyal ultrasonik dengan frekuensi 40kHz. Selanjutnya, sinyal
akan diterima pada pin Echo. Untuk mengukur jarak benda yang memantulkan sinyal
tersebut, maka selisih waktu ketika mengirim dan menerima sinyal digunakan
untuk menentukan jarak benda tersebut. Rumus untuk menghitungnya sudah saya
sampaikan di atas.
Berikut adalah visualisasi dari sinyal yang
dikirimkan oleh sensor HC-SR04.
Gambar 1.5 sistem pewaktu pada sensor
HC-SR04
2.4 Implementasi dari Sensor ultrasonik
Transmitter adalah
sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonik dengan
frekuensi tertentu (misal, sebesar 40 kHz) yang dibangkitkan dari sebuah
osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40 KHz, harus di buat sebuah rangkaian
osilator dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju penguat sinyal. Besarnya
frekuensi ditentukan oleh komponen RLC / kristal tergantung dari disain
osilator yang digunakan. Penguat sinyal akan memberikan sebuah sinyal listrik
yang diumpankan ke piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik sehingga bergetar
dan memancarkan gelombang yang sesuai dengan besar frekuensi pada osilator.
Gambar
1.6 adalah gambar rangkaian transmitter
Bab
III
Penutup
Kesimpulan
Adapun
kesimpulan yang dapat kami tarik dari pembahasan diatas adalah :
1.
Sebuah sensor ultrasonic merupakan
sensor jarak yang sering digunakan dalam dunia robotika untuk membuat robot
dengan fungsi tertentu
2. Sensor
ultrasonic bekerja dengan cara memantulkan sinyal berfrekuensi diatas 20 khz
yang kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan
berkisar 340 m/s. kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh
bagian penerima ultrasonic. Dan akan diproses untuk menentukan jarak dengan
rumus S = 340.t/2
3.
Sensor Devantech SRF-04 bekerja dengan
cara memancarkan sinyal ultrasonik sesaat dan menghasilkan pulsa output yang
sesuai dengan waktu pantul sinyal ultrasonik sesaat kembali menuju
sensor.
DAFTAR
PUSTAKA
makasih sudah share
ReplyDeletePower supply hp