Sensor Jarak
1. Judul [back]
Sensor Jarak Menggunakan Sensor Ultrasonik Tipe HC-SR04
2. Tujuan
[back] a. Merangkai dan memahami kerja dari rangkaian sensor ultrasonik
b. Mengetahui prinsip kerja dari sensor ultrasonik dalam pengaplikasian dikehidupan sehari-hari
c. Mengetahui fungsi-fungsi setiap alat yang digunakan dalam merangkai sensor ultrasonik
3. Alat dan Bahan [back]
4. Dasar Teori [back]
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. Tegangan bolak-balik yang memiliki frekuensi kerja 40 KHz – 400 KHz diberikan pada plat logam. Struktur atom dari kristal piezoelectric akan berkontraksi (mengikat), mengembang atau menyusut terhadap 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 (tempat sekitarnya), 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.
Penjelasan mengenai komponen yang digunakan
b. NE555 (datasheet)
1. Analog to Digital Converter atau ADC ( datasheet )
Data BCD 4 bit diubah menjadi tampilan visual angka desimal 0-9 menggunakan rangkaian logika dasar digital (AND, OR dan NOR). Data BCD 4 bit tersebut diubah sesuai nilai desimal seperti pada tabel berikut.
Tabel Kebenaran Dekoder BCD Ke 7 Segment
5. Rangkaian dan Prinsip Kerja[back] Penjelasan mengenai komponen yang digunakan
a. HC-SR04 ( datasheet )
Sensor HC-SR04 adalah sensor pengukur jarak berbasis gelobang ultrasonik. Prinsip kerja sensor ini mirip dengan radar ultrasonik di pancarkan kemudian diterima balik oleh receiver ultrasonik. Jarak antara waktu pancar dan waktu terima adalah representasi dari jarak objek.
Penunjukan posisi objek pada senso Ultrasonik
Sensor HC-SR04 menggunakan 4 pin, yaitu :
1.) VCC : sebagai masukan aliran listrik
2.) Trigger : untuk trigger keluarnya sinyal dari sensor
3.) Echo : untuk menangkap sinyal pantul dari benda
4.) Ground : sebagai keluaran aliran listrik
Spesifikasi Sensor HC-SR04 :
1.) Jangkauan deteksi kisaran 2 - 400 cm
2.) Sudut deteksi terbaik adalah 15 derajat
3.) Tegangan kerja 5V DC
4.) Resolusi 1 cm
5.) Frekuensi Ultrasonik 40 kHz
6.) Dapat dihubungkan langsing ke kaki mikrokontroller
2.) Sudut deteksi terbaik adalah 15 derajat
3.) Tegangan kerja 5V DC
4.) Resolusi 1 cm
5.) Frekuensi Ultrasonik 40 kHz
6.) Dapat dihubungkan langsing ke kaki mikrokontroller
NE555 yang mempunyai 8 pin (kaki) ini merupakan salah satu komponen elektronika yang cukup terkenal, sederhana, dan serba guna dengan ukurannya yang kurang dari 1/2 cm3 dan harganya di pasaran sangat murah sekitar Rp. 2.000 s/d Rp. 5.000.
Pada dasarnya aplikasi utama IC NE555 ini digunakan sebagai Timer (Pewaktu) dengan operasi rangkaian monostable dan Pulse Generator (Pembangkit Pulsa) dengan operasi rangkaian astable. Selain itu, dapat juga digunakan sebagai Time Delay Generator dan Sequential Timing.
- Fungsi masing-masing kaki (pin) IC NE555
 |
Gb. 1: Simbol IC NE555
|
PIN
|
KEGUNAAN
|
1
|
Ground (0V), adalah pin input dari sumber tegangan DC paling negative
|
2
|
Trigger, input negative dari lower komparator (komparator B) yang menjaga osilasi tegangan terendah kapasitor pada 1/3 Vcc dan mengatur RS flip-flop
|
3
|
Output, pin keluaran dari IC 555.
|
4
|
Reset, adalah pin yang berfungsi untuk me reset latch didalam IC yang akan berpengaruh untuk me-reset kerja IC. Pin ini tersambung ke suatu gate (gerbang) transistor bertipe PNP, jadi transistor akan aktif jika diberi logika low. Biasanya pin ini langsung dihubungkan ke Vcc agar tidak terjadi reset
|
5
|
Control voltage, pin ini berfungsi untuk mengatur kestabilan tegangan referensi input negative (komparator A). pin ini bisa dibiarkan tergantung (diabaikan), tetapi untuk menjamin kestabilan referensi komparator A, biasanya dihubungkan dengan kapasitor berorde sekitar 10 nF ke pin ground
|
6
|
Threshold, pin ini terhubung ke input positif (komparator A) yang akan me-reset RS flip-flop ketika tegangan pada pin ini mulai melebihi 2/3 Vcc
|
7
|
Discharge, pin ini terhubung ke open collector transistor internal (Tr) yang emitternya terhubung ke ground. Switching transistor ini berfungsi untuk meng-clamp node yang sesuai ke ground pada timing tertentu
|
8
|
Vcc, pin ini untuk menerima supply DC voltage. Biasanya akan bekerja optimal jika diberi 5V s/d 15V. Supply arusnya dapat dilihat di datasheet, yaitu sekitar 10mA s/d 15mA.
|
c. Relay ( dataSheet )
Relay merupakan komponen elektronika berupa saklar atau switch elektrik yang dioperasikan secara listrik dan terdiri dari 2 bagian utama yaitu Elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak Saklar/Switch). Komponen elektronika ini menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakan saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Berikut adalah simbol dari komponen relay.
d. Transistor ( datasheet )
Kemampuan kapasitor untuk memperoleh dan menyimpan muatan listrik disebut kapasitas kapasitor atau kapasitansi. Satuan kapasitas kapasitor adalah farad (F). Kapasitas suatu kapasitor didefinisikan sebagai perbandingan tetap antara muatan (q) yang tersimpan dalam kapasitor dan beda potensial antara kedua pelat konduktornya (V). Secara matematis, persamaan kapasitas kapasitor dirumuskan:
Fungsi transistor yang pertama adalah sebagai saklar. Dengan mengontrol bias dari transistor hingga komponen ini menjadi jenuh, akan menyebabkan seolah-olah diperoleh hubungan singkat diantara emitor dan kaki kolektor.
e. Resistor
Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika.
Sebagaimana fungsi resistoryang sesuai namanya bersifat resistif dan termasuk salah satu komponen elektronika dalam kategori komponen pasif. Satuan atau nilai resistansi suatu resistor di sebut Ohm dan dilambangkan dengan simbol Omega (Ω). Sesuai hukum Ohm bahwa resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Selain nilai resistansinya (Ohm) resistorjuga memiliki nilai yang lain seperti nilai toleransi dan kapasitas daya yang mampu dilewatkannya. Semua nilai yang berkaitan dengan resistor tersebut penting untuk diketahui dalam perancangan suatu rangkaian elektronika oleh karena itu pabrikan resistor selalu mencantumkan dalam kemasan resistor tersebut.
,_and_Potentiometer_symbols.svg){kind=small}
Kapasitor atau kondensator adalahkomponen listrik yang memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan listrik. Dari pengertian ini, dapat kita lihat fungsi kapasitor yakni untuk menyimpan muatan listrik. Pada prinsipnya, kapasitor terdiri atas dua permukaan konduktor yang dipisahkan oleh suatu bahan isolator sehingga kedua permukaan konduktor tersebut memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan listrik.
Simbol Kapasitor
Kapasitor
Kapasitor
Kemampuan kapasitor untuk memperoleh dan menyimpan muatan listrik disebut kapasitas kapasitor atau kapasitansi. Satuan kapasitas kapasitor adalah farad (F). Kapasitas suatu kapasitor didefinisikan sebagai perbandingan tetap antara muatan (q) yang tersimpan dalam kapasitor dan beda potensial antara kedua pelat konduktornya (V). Secara matematis, persamaan kapasitas kapasitor dirumuskan:
C = q / v
h. ground
g. Batterai
- Batteray berfungsi sebagai sumber arus dan tegangan yang menyuplai rangkaian counter ini.
Fungsi Grounding adalah untuk memberikan perlindungan pada seluruh sistem. grounding berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah saat terjadi kebocoran isolasi atau percikan api pada konsleting,
Gbr simbol grounding
Rangkaian Tambahan
i.Kabel
Kabel berfungsi sebagai penghubung rangkaian agar rangkaian timer counter dapat berfungsi dengan baik
1. Analog to Digital Converter atau ADC ( datasheet )
Analog to Digital Converter atau ADC yang artinya pengubah dari analog ke digital. Fungsi dari ADC adalah untuk mengubah data analog menjadi data digital yang nantinya akan masuk ke suatu komponen digital yaitu mikrokontroller AT89S51. Inputan dari ADC ini ada 2 yaitu input positif (+) dan input negatif (-). ADC 0804 ini terdiri dari 8 bit microprocessor Analog to Digital Converter.
V (+) dan V (-) adalah inputan tegangan analog differensial sehingga data tegangan yang akan diproses oleh ADC adalah selisih antara Vi (+) dan Vi (-). Vref adalah tegangan referensi ADC yang digunakan untuk mengatur tegangan input pada Vi+ dan Vi-. Besarnya tegangan referensi ini adalah setengah dari tegangan input maksimal. Hal ini bertujuan agar pada saat inputan maksimal data digital juga akan maksimal. Frekuensi clock dari ADC dapat diatur dengan komponen R dan C eksternal pada pin Rclk dan Cclk dengan ketentuan :
V (+) dan V (-) adalah inputan tegangan analog differensial sehingga data tegangan yang akan diproses oleh ADC adalah selisih antara Vi (+) dan Vi (-). Vref adalah tegangan referensi ADC yang digunakan untuk mengatur tegangan input pada Vi+ dan Vi-. Besarnya tegangan referensi ini adalah setengah dari tegangan input maksimal. Hal ini bertujuan agar pada saat inputan maksimal data digital juga akan maksimal. Frekuensi clock dari ADC dapat diatur dengan komponen R dan C eksternal pada pin Rclk dan Cclk dengan ketentuan :
Fclk = 1 / (1,1 RC)
Chip select fungsinya untuk mengaktifkan ADC yang diaktifkan dengan logika low. Read adalah inputan yang digunakan untuk membaca data digital hasil konversi yang aktif pada kondisi logika low. Write berfungsi untuk melakukan start konversi ADC diaktifkan pada kondisi logika low. Instruksi berfungsi untuk mendeteksi apakah konversi telah selesai atau tidak, jika sudah selesai maka pin instruksi akan mengeluarkan logika low. Data outputan digital sebanyak 8 byte (DB0-DB7) biner 0000 0000 sampai dengan 1111 1111, sehingga kemungkinan angka decimal yang akan muncul adalah 0 sampai 255 dapat diambil pada pin D0 sampai D7. DB0-DB7 mempunyai sifat latching.
Gambar : Konfigurasi Pin ADC 0804
Deskripsi Fungsi Pin ADC 0804 :
-Vin (-) : masukan analog negatif
-Vin(+) : masukan analog positif
-A-GND : analog ground
-Vref/2 : setengah tegangan referensi untuk skala penuh
-Clk R dan Clk IN : untuk mengatur besarnya clock eksternal
-WR : sinyal kontrol untuk memulai konversi
-RD : sinyal kontrol untuk mengambil data
-CS : sinyal untuk mengaktifkan komponen
-INTR : status untuk mengetahui bahwa konversi telah selwsai
-DB0-DB7 : data 8 bit
-VCC dan D-GND :tegangan catu daya
-Vin (-) : masukan analog negatif
-Vin(+) : masukan analog positif
-A-GND : analog ground
-Vref/2 : setengah tegangan referensi untuk skala penuh
-Clk R dan Clk IN : untuk mengatur besarnya clock eksternal
-WR : sinyal kontrol untuk memulai konversi
-RD : sinyal kontrol untuk mengambil data
-CS : sinyal untuk mengaktifkan komponen
-INTR : status untuk mengetahui bahwa konversi telah selwsai
-DB0-DB7 : data 8 bit
-VCC dan D-GND :tegangan catu daya
Grafik pengubahan analog ke digital
2.Dekoder BCD Ke 7 Segment (datasheet)
a. Seven Segment
LED 7 Segmen jenis Common Anode (Anoda), Kaki Anoda pada semua segmen LED adalah terhubung menjadi 1 Pin, sedangkan kaki Katoda akan menjadi Input untuk masing-masing Segmen LED. Kaki Anoda yang terhubung menjadi 1 Pin ini akan diberikan Tegangan Positif (+) dan Signal Kendali (control signal) akan diberikan kepada masing-masing Kaki Katoda Segmen LED.
b. BCD ( Binary Coded Desimal)
a. Seven Segment
LED 7 Segmen jenis Common Anode (Anoda), Kaki Anoda pada semua segmen LED adalah terhubung menjadi 1 Pin, sedangkan kaki Katoda akan menjadi Input untuk masing-masing Segmen LED. Kaki Anoda yang terhubung menjadi 1 Pin ini akan diberikan Tegangan Positif (+) dan Signal Kendali (control signal) akan diberikan kepada masing-masing Kaki Katoda Segmen LED.
b. BCD ( Binary Coded Desimal)
Dekoder merupakan rangkaian elektronika yang berfungsi untuk menampilkan kode-kode biner menjadi karakter yang dapat dipahami secara visual. Decoder BCD ke 7 segment merupakan rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah kode BCD menjadi karakter tampilan angka desimal yang dapat dilihat secara visual. Ilustrasi dekoder BCD ke 7 segment dapat dipahami dari gambar berikut :
Tabel Kebenaran Dekoder BCD Ke 7 Segment
Proses pengkodean data BCD menjadi tampilan angka desimal dilakukan secara terpisah untuk tiap ruas/segment (ruas a- ruas g). Untuk membangun sebuah dekoder 7 segment dari data tabel kebenaran diatas, langkah pertama adalah menentukan persamaan yang dapat mewakili fungsi dekoder tiap ruas. Setelah itu dapat di buat rangkaian decoder untuk tiap ruas menggunakan rangkaian digital dari gerbang logika dasar.
Karakteristik Sensor ultrasonik :
· Tegangan sumber operasi tunggal 5.0 V
· Konsumsi arus 15 mA
· Frekuensi operasi 40 KHz
· Minimum pendeteksi jarak 0.02 m (2 cm)
· Maksimum pendeteksian jarak 4 m
· Sudut pantul gelombang pengukuran 15 derajat
· Minimum waktu penyulutan 10 mikrodetik dengan pulsa berlevel TTL
· Pulsa deteksi berlevel TTL dengan durasi yang bersesuaian dengan jarak deteksi
· Dimensi 45 x 20 x 15 mm
Grafik respon rangakaian : datasheet
Karakteristik Grafik :
Pada grafik menunjukan suatu perbandingan antara frekuensi dengan tingkatan kecepatan suara dengan sensitivitas. Dimana sensitiviti adalah seberapa banyak perubahan waktu yang diukur untuk perubahan jarak. Dengan demikian dapat dirumuskan :
Δ jarak / Δ waktu = sensitivity ( kecepatan Suara)
Dari gambar 1 (sebelah kiri), grafik menunjukan nilai tingkat tekanan suara (db) naik terhadap frekuensi sampai tekanan suara mencapai titik maksimal dan nilai frekuensi adalah bernilai 40kHz dan grafik menuju nilai min kembali setelah frekuensi lebih dari 40 kHz pada saat gelombang dipantulkan kembali.Dari gambar 2 ( sebelah kanan), grafik juga menunjukan nilai sensitivitas ( kecepatan suara) bergerak naik terhadap frekuensi setelah frekuensi bernilai 40 kHz nilai sensitivitas berada pada titik puncak atau nilai tertinggi dan grafik menuju naik kembali setelah melewati 40 kHz, gelombang dipantulkan kembali dari objek. Maka dapat disimpulkan bahwa sensor Ultrasonik dapat beroperasi dengan frekuensi 40 kHz.
Untuk mencari panjang gelombang atau jarak maka dilakukan dengan rumus dengan hubungan antara sensitivity dengan frekuensi
Untuk mencari panjang gelombang atau jarak maka dilakukan dengan rumus dengan hubungan antara sensitivity dengan frekuensi
Rangkaian Kompleks
Sensor Ultrasonik menerima gelombang dari IC NE555. Pada NE555, NE555 mendapatkan tegangan melalui VCC (pada pin kaki 8). Kapasitor terhubung dengan Control Voltage (5) yang berguna untuk menyeimbangkan tegangan referensi pada kaki negatif komparator. Trigger (2) dan Threshold (6) berguna untuk mengatur agar tidak terjadinya logika LOW Karena apabila terjadi logika low maka flip flop akan tereset. Flip flop (4) berfungsi untuk menyimpan data sementara pada IC dan akan akan aktif jika diberi arus serta menghasilkan gelombang. Flip flop terhubung ke kekaki output dan terhubung ke pin trigger (Terhubung dengan SENSOR ULTRASONIK) pada sensor guna membangkitkan gelombang ultrasonik sebesar 40 kHz dan kemudian dipancarkan oleh pizeoelektrik dan gelombang tersebut memantul dan kembali ke sensor melalui receiver dan kemudian dideteksi oleh kaki output ( echo) dalam bentuk tegangan terhubung ke Relay. Relay akan men-ON kan rangkaian dan LED hidup. Dan Pengkondisi pada rangkaian yang dihubungkan di kaki Transistor yang berfungsi sebagai penguat tegangan yang dihubungkan antara Relay dan ADC ke ground. Apabila Transistor dalam posisi ON maka Relay dan ADC akan menyala. Pada relay dihubungkan ke ADC melalui pin VIN+ ( kaki 6). Untuk mengatur besarnya keluaran dengan menggunakan kapasitor dan resistor untuk mengatur sama kerja dengan kaki 19 CLKR yang terhubung dengan VIN+ Pada kaki ADC terdapat CS (kaki 1) yang berfungsi unuk mengaktifkan komponen serta kaki RD (read) yang berfungsi membaca terusan dari sensor ultrasonik WR (write) yang berfungsi menulis atau mengkonversikan sinyal ke DB1-DB8 pada ADC. Serta untuk mengaktifkan ADC terdapat INTR dimisalkan Button untuk memulai atau mangaktifkan kerja dari ADC. Sinyal yang diterima akan diterjemahkan oleh ADC kedalam sinyal Digital. Pin pada DB1-DB8 dihubungkan ke BCD untuk menterjemahkannya dalam biner ( logika 1 atau 0 ) ke pin A-D. Kaki RBI sebagai masukan kontrol Riple Blanking input berfungsi meniadakan data masukan dan memberikan tampilan blank pada penampil 7 segmen, kaki LT sebagai kontrol Lamp Test berfungsi mengetes kondisi penampil 7 segmen. Kaki a-g sebagai keluaran seven segmen anode yang dihubungkan ke Seven Segmen sebagai hasil pengkonversian logika dari BCD.
Gambar Rangkaian (Download)
Video Rangkaian (Download)
Materi UAS (Download)
Video Rangkaian IC (Download)
Video Rangkaian ADC (Download)
Video Rangkaian Kompleks (Download)
File Rangkaian IC (Download)
File Rangkaian ADC (Download)
File Rangkaian Kompleks (Download)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar