SENSOR ULTRASONIK. Dian Mustika Putri. Abstrak. Pendahuluan. ::

Transkripsi

1 SENSOR ULTRASONIK Dian Mustika Putri :: Abstrak Pemanfaatan teknologi saat ini sangat berpengaruh untuk kehidupan manusia seharihari. Mulai dari teknologi sederhana sampai yang paling canggih. Saat ini terdapat beberapa komponen elektronik yang mulai berkembang kegunaannya untuk menunjang kegiatan sehari-hari. Salah satu komponen atau modul sensor elektronik yang dapat mendeteksi kejadian sekitar atau situasi sekelilingnya. Sebuah sensor yang dapat mendeteksi situasi sekitar adalah komponen elektronik yang bernama ultrasonik, sensor ini memanfaatkan prinsip gelombang ultrasonik akuistik yang memiliki frekuensi mulai dari 20 khz hingga 20 MHz. Sensor ini biasa digunakan untuk mengukur jarak suatu benda yang berada tepat dihadapan sensor tersebut dan juga dapat mengukur level ketinggian serta volume air. Kata Kunci: Teknologi, elektronik, sensor ultrasonik, modul Pendahuluan Sensor ultrasonik merupakan sensor yang berguna untuk mengubah fisis atau bunyi menjadi besaran listrik dan sebaliknya yang dikonversi menjadi sebuah jarak. Cara kerjanya adalah memanfaatkan prinsip dari pantulan benda dan gelombang suara sehingga dapat diproses untuk menghitung jarak suatu benda dengan frekuensi tertentu sesuai oscillator. Sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik, gelombang yang dimaksud yaitu gelombang yang mempunyai bunyi dengan frekuensi sangat tinggi yaitu 20kHz. Bunyi ultrasonik ini tidak dapat terdengar oleh manusia, bunyi ini hanya dapat didengar oleh makhluk hidup yang mempunyai pendengaran khusus seperti anjing,

2 kucing, kelelawar dan lumba-lumba. Sensor ultrasonik memiliki 2 buah tipe atau unit, yaitu yang pertama adalah unit penerima dan yang kedua adalah pemancar. Kedua unit tersebut di dalam sensor ultrasonik ini memiliki struktur yang jangkar disambungkan hanya menggunakan sebuah diafragma penggetar. Kemudian kepada plat logam diberikan tegangan bolak balik yang memiliki frekuensi 40kHz sampai dengan 400 khz. Dengan demikian maka akan terjadi kontraksi dengan mengembang ataupun menyusut karena polaritas tegangan yang dikirim kepada kristal piezoelectric sehingga hal tersebut terjadi pada struktur atomnya. Peristiwa inilah yang dinamakan dengan efek piezoelectic. Kontraksi yang terbentuk itu dilanjutkan menuju diafragma penggetar hingga dihasilkan gelombang ultrasonik yang memancar ke udara sekitar tempat ia berada, dan apabila terdapat benda spesifik disekitar tempat tersebut akan menimbulkan pantulan gelombang ultrasonik. Pantulan gelombang itu kemudian diterima oleh unit sensor-penerima. Selanjutnya terjadilah getaran pada diafragma penggetar yang menyebabkan terjadinya efek piezoelectric dan menghasilkan tegangan bolak balik yang memiliki frekuensi sama. Pembahasan Pemancar Ultrasonik (Transmitter) Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonik.

3 Rangkaian Pemancar Gelombang Ultrasonik. Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik : 1. Sinyal 40 khz dihasilkan melalui mikrokontroler. 2. Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor. 3. Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor. 4. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektor T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor. 5. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.

4 6. Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak balik dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d -2,5 V). Penerima Ultrasonik (Receiver) Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal yang diterima akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter, dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor kendaraan mini dengan dinding pembatas mencapai jarak minimum untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini adalah high (logika 1 ) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah low (logika 0 ). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler). Rangkaian Penerima Gelombang Ultrasonik Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut: 1. Pertama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor penguat Q2.

5 2. Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1. 3. Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan di searahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2. 4. Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4. 5. Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3. 6. Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya. Macam-macam Sensor Ultrasonik Terdapat 2 jenis sensor ultraonik yang beredar di pasaran yaitu : 1. Sensor ultrasonik ping ( parallax ) 2. Sensor ultrsonik defantech ( SRF 04 ranger ) 1. Sensor Jarak Ultrasonik Ping Sensor jarak ultrasonik ping adalah sensor 40 khz produksi parallax yang banyak digunakan untuk aplikasi atau kontes robot cerdas. Kelebihan sensor ini adalah hanya membutuhkan 1 sinyal ( SIG ) selain jalur 5 v dan ground. Sensor PING mendeteksi jarak objek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonic (40 KHz) selama t = 200 us kemudian mendeteksi pantulannya. Sensor PING memancarkan gelombang ultrasonik sesuai dengan kontrol dari mikrokontroller pengendali ( pulsa trigger dengan tout min 2 us ). Spesifikasi sensor ultrasonik PING: Kisaran pengukuran 3 cm 3 m Input trigger positive TTL pulse, 2 us min, 5 us tipikal Echo hold off 750 us dari of trigger pulse

6 Delay before next measurement 200 us 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 SIGOUT untukmentrigger ping, sedangkan fungsi SIGIN digunakan untuk mengukur pulsa yang sesuai dengan jarak dari objek target. Sensor ultrasonik 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 ultrasonik 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 ultrasonik ping ini adalah 3 cm sampai 3 m. 2. Sensor Jarak Ultrasonik Devantech SRF04

7 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 ,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 ) Prinsip kerja Sensor Ultrasonik Pada sensor ultrasonik, gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah alat yang disebut dengan piezoelektrik dengan frekuensi tertentu. Piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik (umumnya berfrekuensi 40kHz) ketika sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Secara umum, alat ini akan menembakkan gelombang ultrasonik menuju suatu area atau suatu target. Setelah gelombang menyentuh permukaan target, maka target akan memantulkan kembali gelombang tersebut. Gelombang pantulan dari target akan ditangkap oleh sensor, kemudian sensor menghitung selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang pantul diterima. 1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik. 2. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonik.

8 3. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus : S = 340.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 ultrasonik. Untuk lebih jelas tentang sensor ultra sonik dapat dilihat pada gambar berikut : 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

9 diterima oleh rangkaian Rx, dengan kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya, yaitu udara. Implementasi Sensor Ultrasonik Dalam bidang kesehatan, gelombang ultrasonik bisa digunakan untuk melihat organ-organ dalam tubuh manusia seperti untuk mendeteksi tumor, liver, otak dan menghancurkan batu ginjal. Gelombang ultrasonik juga dimanfaatkan pada alat USG (ultrasonografi) yang biasa digunakan oleh dokter kandungan. Dalam bidang industri, gelombang ultrasonik digunakan untuk mendeteksi keretakan pada logam, meratakan campuran besi dan timah, meratakan campuran susu agar homogen, mensterilkan makanan yang diawetkan dalam kaleng, dan membersihkan benda benda yang sangat halus. Gelombang ultrasonik juga bisa digunakan untuk mendeteksi keberadaan mineral maupun minyak bumi yang tersimpan di dalam perut bumi. Dalam bidang pertahanan, gelombang ultrasonik digunakan sebagai radar atau navigasi, di darat maupun di dalam air. Gelombang ultrasonik digunakan oleh kapal pemburu untuk mengetahui keberadaan kapal selam, dipasang pada kapal selam untuk mengetahui keberadaan kapal yang berada di atas permukaan air, mengukur kedalaman palung laut, mendeteksi ranjau, dan menentukan puosisi sekelompok ikan. Contoh aplikasi sensor ultrasonik : Aplikasi Gelombang Ultrasonik untuk Membunuh Nyamuk Demam Berdarah. Dalam kehidupan sehari-hari sering kita dengar mengenai nyamuk demam berdarah yang dapat mematikan manusia. Disini kita akan membahas mengenai pemanfaatan gelombang ultrasonik yang dapat membunuh nyamuk penyebab demam berdarah tersebut. Pancaran gelombang ultrasonik yang mengenai nyamuk akan mengakibatkan terganggunya antena pada nyamuk yang berfungsi sebagai indera penerima rangsangan, sehingga nyamuk akan merasa tidak nyaman dan

10 terganggu keseimbangannya yang nantinya bisa menyebabkan nyamuk tersebut mati. Penutup Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara kerja sensor ini didasarkan pada prinsip dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat dipakai untuk menafsirkan eksistensi (jarak) suatu benda dengan frekuensi tertentu. Disebut sebagai sensor ultrasonik karena sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik (bunyi ultrasonik). Sensor ultrasonik diaplikasikan ke dalam berbagai bidang, diantaranya yaitu bidang kesehatan, industri, dan pertahanan. Didalam sensor ultrasonik ini terdapat piezoelektrik yang berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, transmitter yaitu sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu (misal, sebesar 40 khz) yang dibangkitkan dari sebuah osilator, dan receiver yang merupakan penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Referensi

11 Biografi Holla, nama saya Dian Mustika Putri (Lahir Sragen, 30 Mei 1997). Dian seorang Mahasiswi di salah satu Perguruan Tinggi di Kota Tangerang Jurusan Sistem Informasi dengan Konsentrasi Business Intelligence. Punya Hobi youtubing, baca, nyanyi juga yaaa bisa deh. Dian tertarik dengan dunia bisnis atau manajemen khususnya dengan mengoptimalkan penggunaan IT yang semakin berkembang. Senang untuk berbagi dengan kalian. Untuk sharing lebih lanjut tentang IT, yuk kontak Dian di Line: dianmustikaptr. Salam Mahasiswa!