Download - 3AEA Passa Luthfi Tut06

Transcript
Page 1: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCERVol.06

SPEED SENSORPOSITION SENSORDISTANCE SENSOR

LINE SENSORLIGHT SENSOR

TEKNIK OTOMASI MANUFAKTUR DAN MEKATRONIKAPOLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANDUNG

Jl. Kanayakan no. 21, DAGO 40235, TromolPos 851 BANDUNG 40008 INDONESIA

Phone : 62 022 2500241 Fax : 62 022 2502649 Homepage : http ://www.polman.com,

Disusunoleh :Passa Luthfi Yanuar

211 341 0713 AEA

Page 2: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

E-mail :[email protected] Mei 2013

[SPEED SENSOR]Encoder & Tachometer

~ 1 ~

Page 3: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

ROTARY ENCODER

Mesin yang bergerak/berputar pada umumnya memerlukan pengukuran gerakan. Mulai

dari peralatan mesin, mesin inspeksi, dan lain sebagainya, mulai dari mesin manual sampai

otomatis, memiliki mekanisme pengukuran internal. Saat ini, komponen yang banyak

digunakan untuk pengukuran gerakan adalah encoder. Encoder secara umum dapat

dikategorikan ke dalam optical (photoelectric), magnetic encoder, dan tipe kontak mekanik.

Photoelectric encoder memiliki tingkat akurasi yang tinggi, handal, dan relatif murah, mudah

dalam aplikasinya.

Absolute Rotary Encoder

Absolute encoder menggunakan piringan dan sinyal optik yang diatur sedemikian

sehingga dapat menghasilkan kode digital untuk menyatakan sejumlah posisi tertentu dari

poros yang dihubungkan padanya. Piringan yang digunakan untuk absolut encoder tersusun

dari segmen-segmen cincin konsentris yang dimulai dari bagian tengah piringan ke arah tepi

luar piringan yang jumlah segmennya selalu dua kali jumlah segmen cincin sebelumnya.

Cincin pertama di bagian paling dalam memiliki satu segmen transparan dan satu segmen

gelap, cincin kedua memiliki dua segmen transparan dan dua segmen gelap, dan seterusnya

hingga cincin terluar. Sebagai contoh apabila absolut encoder memiliki 16 cincin konsentris

maka cincin terluarnya akan memiliki 32767 segmen. Gambar 3 menunjukkan pola cincin

pada piringan absolut encoder yang memiliki 16 cincin..

~ 2 ~

Page 4: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Karena setiap cincin pada piringan absolute encoder memiliki jumlah segmen kelipatan

dua dari cincin sebelumnya, maka susunan ini akan membentuk suatu sistem biner. Untuk

menghasilkan sistem biner pada susunan cincin maka diperlukan pasangan LED dan photo-

transistor sebanyak jumlah cincin yang ada pada absolut encoder tersebut.

Sistem biner yang untuk menginterpretasi posisi yang diberikan oleh absolute encoder

dapat menggunakan kode gray atau kode biner biasa, tergantung dari pola cincin yang

digunakan. Untuk lebih jelas, kita lihat contoh absolut encoder yang hanya tersusun dari 4

buah cincin untuk membentuk kode 4 bit. Apabila encoder ini dihubungkan pada poros, maka

photo-transistor akan mengeluarkan sinyal persegi sesuai dengan susunan cincin yang

digunakan. Gambar 5 dan 6 menunjukkan contoh perbedaan diagram keluaran untuk absolute

encoder tipe gray code dan tipe binary code.

Dengan absolute encoder 4-bit ini maka kita akan mendapatkan 16 informasi posisi

yang berbeda yang masing-masing dinyatakan dengan kode biner atau kode gray tertentu.

Tabel 1 menyatakan posisi dan output biner yang bersesuaian untuk absolut encoder 4-bit.

Dengan membaca output biner yang dihasilkan maka posisi dari poros yang kita ukur dapat

~ 3 ~

Page 5: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

kita ketahui untuk diteruskan ke rangkaian pengendali. Semakin banyak bit yang kita pakai

maka posisi yang dapat kita peroleh akan semakin banyak.

Incremental Rotary Encoder

Incremental encoder terdiri dari dua track atau single track dan dua sensor yang disebut

channel A dan B (Gambar 7). Ketika poros berputar, deretan pulsa akan muncul di masing-

masing channel pada frekuensi yang proporsional dengan kecepatan putar sedangkan

hubungan fasa antara channel A dan B menghasilkan arah putaran. Dengan menghitung

jumlah pulsa yang terjadi terhadap resolusi piringan maka putaran dapat diukur. Untuk

mengetahui arah putaran, dengan mengetahui channel mana yang leading terhadap channel

satunya dapat kita tentukan arah putaran yang terjadi karena kedua channel tersebut akan

selalu berbeda fasa seperempat putaran (quadrature signal). Seringkali terdapat output

channel ketiga, disebut INDEX, yang menghasilkan satu pulsa per putaran berguna untuk

menghitung jumlah putaran yang terjadi.

~ 4 ~

Page 6: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Contoh pola diagram keluaran dari suatu incremental encoder ditunjukkan pada

Gambar 8. Resolusi keluaran dari sinyal quadrature A dan B dapat dibuat beberapa macam,

yaitu 1X, 2X dan 4X. Resolusi 1X hanya memberikan pulsa tunggal untuk setiap siklus salah

satu sinya A atau B, sedangkan resolusi 4X memberikan pulsa setiap transisi pada kedua

sinyal A dan B menjadi empat kali resolusi 1X. Arah putaran dapat ditentukan melalui level

salah satu sinyal selama transisi terhadap sinyal yang kedua. Pada contoh resolusi 1X, A =

arah bawah dengan B = 1 menunjukkan arah putaran searah jarum jam, sebaliknya B = arah

bawah dengan A = 1 menunjukkan arah berlawanan jarum jam.

Aplikasi Encoder

Sensor kecepatan yang digunakan ini adalah enkoder. Output enkoder berupa sinyal

pulsa yang frekuensinya berbanding lurus dengan kecepatan motor, agar data kecepatan dapat

dibaca oleh ADC mikrokontroller, maka output encoder terlebih dahulu harus dikonversi

menjadi tegangan. Oleh karena itu ouput encoder dihubungkan ke rangkaian FtoV (frekuensi

ke tegangan) dimana rangkaian ini akan mengubah besaran frekuensi (sinyal dari encoder)

yang masuk menjadi besaran tegangan yang dalam hal ini digunakan sebagai umpan balik

dari kecepatan motor. Adapun rangkaian encoder dapat dilihat sebagai berikut :

~ 5 ~

Page 7: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Gambar 1. Rangkaian Encoder

Pada rangkaian ini IC yang dipakai adalah LM2917 ,dimana input didapat dari

pulsa output encoder. Rangkaian F to V dapat dilihat pada gbr dibawah ini :

Gambar 2. Rangkaian F to V

~ 6 ~

Page 8: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Voutput  yang diinginkan pada saat motor berputar dengan kecepatan maksimum yaitu

5,1V. Melalui pengukuran yang dilakukan terhadap motor DC, didapatkan frekuensi keluaran

dari enkoder pada kecepatan maksimum adalah 4348 HZ. Nilai tegangan pada Vo1 saat motor

berputar dengan kecepatan maksimum ditentukan 2,1V. untuk mendapatkan Vo1 tersebut

diperlukan kombinasi R1 dan C1.

C1 ditentukan 10 nF sehingga R1 dapat dicari dengan rumus:Vcc = 12VK = 1 (ideal)

Dengan menggunakan VR 100 Kohm dapat diperoleh nilai nilai R1 sesuai dengan

perhitungan di atas. Selanjutnya Vo1 kemudian dikuatkan dengan penguat Non Inverting

untuk mendapatkan Voutput 5,1V pada saat kecepatan maksimum. Karena nilai tegangan

Vo1 pada saat kecepatan maksimum adalah  2,1 V, maka jika ditentukan nilai Rin adalah 10

Kohm, Rf dapat dicari dengan rumus :

Dengan menggunakan VR 100 Kohm, maka Rf dapat di-

setting sampai mendapatkan nilai 14200 ohm sehingga Voutput

dapat diperoleh sesuai dengan yang dinginkan.

~ 7 ~

Page 9: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

TACHOMETER

Tachometer terutama berguna untuk memantau kinerja mesin mobil atau motor. Secara

sederhana, tachometer merupakan instrumen yang digunakan untuk mengukur kecepatan

perangkat berputar. Instrumen ini bekerja dengan menghitung banyaknya rotation per minute

(RPM) atau putaran per menit. Penggunaan paling umum tachometer adalah untuk

menentukan kecepatan dari poros berputar yang digerakkan oleh mesin. Truk-truk besar,

mobil, kapal, motor, dll, umum menggunakan instrumen ini.

Tachometer analog terdiri dari jarum yang menunjukkan pembacaan disertai indikator

apakah putaran mesin masih dalam taraf aman atau sudah mulai membahayakan. Selain

tachometer analog, terdapat pula tachometer digital yang sudah mulai menggantikan jenis

analog. Pada tachometer digital, hasil pengukuran langsung disajikan dalam bentuk angka

sehingga mempermudah pembacaan.

Metode untuk mengukur data kecepatan putar pada tachometer :

Diukur langsung pada potensiometer.

Menggunakan penurunan waktu yang diambil untuk setiap pilihan celah yang dilewati

cahaya laser.

~ 8 ~

Page 10: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Apabila kecepatannya terlalu lambat counter dapat mengalami overflow atau

penghitungan yang dimulai dari nol lagi. Untuk mengatasinya perlu ditambahi rangkaian

tambahan yang memiliki one-shot (pemacu) tambahan.

Macam tachometer :

A. Tachometer Optik

Adalah sebuah alat untuk mengukur kecepatan sudut putar dengan besaran rpm.

Tachometer optik terdiri dari jalur atau garis (stripe) yang terdapat di dalam batang lalu

terdapat sebuah atau lebih photosensor yang menghadap pada batang tersebut.

Setiap batang tersebut berputar maka photosensor akan mendeteksi jumlah stripe yang

melewatinya. Kemudian akan menghasilkan output yang akan berbentuk pulsa. Pada

gelombang pulsa tersebut periode ≈ kebalikan dari kecepatan angular. Dapat diukur dengan

menggunakan rangkaian counter seperti yang digambarkan pada encoder batang optik.

B. Tachometer Rotor Bergigi

Terdiri dari sebuah sensor tetap dan sebuah pemutar gerigi, roda, dan bahan besi. Ada 2 jenis

sensor yang digunakan yaitu Variable reluctance sensor dan Hall effect sensor. Terdapat

magnet yang menggantung sebagai sensornya

~ 9 ~

Page 11: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Rotor berputar, kemudian bagian rotor bergigi yang akan diukur. Sensor yang berupa

magnet akan mendeteksi setiap gerigi tersebut yang melewatinya. Setiap gerigi melewatinya

maka medan magnet akan bertambah dan menginduksi tegangan pada belitan kawat sehingga

akan dihasilkan pulsa. Pulsa tersebut akan dikonversi menjadi sebuah gelombang kotak yang

bersih dengan rangkaian ambang detector. Rumusnya : ωo = f pada pulsa.

C. Tachometer DC

Adalah sebuah generator DC yang memproduksi tegangan keluaran DC yang proporsional

dengan kecepatan batang. Terdiri dari magnet permanen dan bagian yang beputar yang

terbuat dari koil. Prinsip kerjanya adalah terjadinya proses konversi langsung antara

kecepatan dan tegangan.

~ 10 ~

Page 12: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Aplikasi Tachometer

Tachometer rotor bergigi dapat digunakan pada batang motor (crankshaft) dari sebuah

mesin mobil

Tachometer optik digunakan untuk mengetahui kecepatan sudut baling-baling

Mengukur rata-rata aliran darah

.

~ 11 ~

Page 13: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

[POSITION SENSOR]STRAIN GAUGE

~ 12 ~

Page 14: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Sensor ini melaporkan posisi suatu benda dgn mengacu pd rujukan tertentu.

Pengukuran posisi dapat dilakukan dengan cara analog dan digital. Untuk pergeseran yang

tidak terlalu jauh pengukuran dapat dilakukan menggunakan cara-cara analog, sedangkan

untuk jarak pergeseran yang lebih panjang lebih baik digunakan cara digital.

Hasil sensor posisi atau perpindahan dapat digunakan untuk mengukur perpindahan

linier atau angular. Teknis perlakuan sensor dapat dilakukan dengan cara terhubung langsung

( kontak ) dan tidak terhubung langsung ( tanpa kontak ).

Macam – macam sensor posisi :

STRAIN GAUGE

Strain gauge adalah komponen elektronika yang dipakai untuk mengukur tekanan

(deformasi atau strain) pada alat ini.Strain gage mengukur gaya luar(tekanan) yang terhubung

dengan kawat. Strain gauge dapat dijadikan sebagai sensor posisi. SG dalam operasinya

memanfaatkan perubahan resistansi sehingganya dapat digunakan untuk mengukur

perpindahan yang sangat kecil akibat pembengkokan (tensile stress) atau peregangan (tensile

strain). Definisi elastisitas (ε) strain gauge adalah perbandingan perubahan panjang (ΔL)

terhadap panjang semula (L) yaitu:

atau perbandingan perubahan resistansi (ΔR) terhadap resistansi semula (R) sama dengan

faktor gage (Gf) dikali elastisitas starin gage (ε) :

Secara konstruksi SG terbuat dari bahan metal tipis (foil) yang diletakkan diatas kertas.

Untuk proses pendeteksian SG ditempelkan dengan benda uji dengan dua cara yaitu:

1. Arah perapatan/peregangan dibuat sepanjang mungkin (axial)

2. Arah tegak lurus perapatan/peregangan dibuat sependek mungkin (lateral)

~ 13 ~

Page 15: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Gambar 3.1. Bentuk phisik strain gauge

Faktor gauge (Gf) merupakan tingkat elastisitas bahan metal dari SG.

• metal incompressible Gf = 2

• piezoresistif Gf =30

• piezoresistif sensor digunakan pada IC sensor tekanan

Untuk melakukan sensor pada benda uji maka rangkaian dan penempatan SG adalah

• disusun dalam rangkaian jembatan

• dua strain gauge digunakan berdekatan, satu untuk peregangan/perapatan , satu untuk

kompensasi temperatur pada posisi yang tidak terpengaruh peregangan/ perapatan

• respons frekuensi ditentukan masa tempat strain gauge ditempatkan

Gambar 3.2. Pemasangan strain gauge: (a) rangkaian jembatan

(b) gage1 dan gage 2 posisi 90 (c) gage 1 dan gage 2 posisi sejajar

~ 14 ~

Page 16: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

1. Sensor Induktif dan Elektromagnet

Sensor induktif memanfaatkan perubahan induktansi:

sebagai akibat pergerakan inti feromagnetik dalam koil

akibat bahan feromagnetik yang mendekat

Gambar 3.3. Sensor posisi: (a) Inti bergeser datar (b) Inti I bergser berputar,

(c) Rangkaian variable induktansi

Rangkaian pembaca perubahan induktansi:

dua induktor disusun dalam rangkaian jembatan, satu sebagai dummy

tegangan bias jembatan berupa sinyal ac

perubahan induktasi dikonversikan secara linier menjadi perubahan tegangan

KL = sensistivitas induktansi terhadap posisi

output tegangan ac diubah menjadi dc atau dibaca menggunakan detektor fasa

Gambar 3.4. Rangkaian uji sensor posisi induktif

~ 15 ~

Page 17: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Sensor elektromagnetik memanfatkan terbangkitkannya gaya emf oleh pada koil yang

mengalami perubahan medan magnit

Output tegangan sebanding dengan kecepatan perubahan posisi koil terhadap sumber

magnit.

Perubahan medan magnit diperoleh dengan pergerakan sumber medan magnit atau

pergerakan koilnya (seperti pada mikrofon dan loudspeaker).

Gambar 3.5. Pemakaian sensor posisi: (a) pada microphone, (b) pada loudspeaker

~ 16 ~

Page 18: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

2. Linier Variable Differential Transformer

Sensor Linear Variable Differential Transformers (LVDT) adalah suatu sensor yang

bekerja berdasarkan prinsip trafo diferensial dengan gandengan variabel antara gandengan

variable antara kumparan primer dan kumparan sekunder. Prinsip ini pertama kali

dikemukakan oleh Schaevits pada tahun 1940-an. Pada masa sekarang sensor LVDT telah

secara luas diunakan. Pada aplikasinya LVDT dapat digunakan sebagai sensor jarak, sensor

sudut, dan sensor mekanik lainnya.Untuk kali ini sensor ini diaplikasikan sebagai sensor

jarak. Suatu LVDT pada dasarnya terdiri dari sebuah kumparan primer, dua buah kumparan

sekunder, dan inti dari bahan feromagnetik. Kumparan-kumparan tersebut dililitkan pada

suatu selongsong, sedangkan inti besi ditempatkan didalam rongga selongsong tersebut.

Selongsong ini terbuat dari bahan non-magnetik. Kumparan primer dililitkan ditengah

selongsong, sedangkan kedua kumparan sekunder dililitkan disetiap sisi kumparan primer.

Kedua kumparan sekunder ini dihubungkan seri secara berlawanan dengan jumlah lilitan

yang sama.

Cara Kerja

Memanfaatkan perubahan induksi magnit dari kumparan primer ke dua kumparan

sekunder.

Dalam keadaan setimbang, inti magnet terletak ditengah dan kedua kumparan sekunder

menerima fluks yang sama.

Dalam keadaan tidak setimbang, fluks pada satu kumparan naik dan yang lainnya turun.

Tegangan yang dihasilkan pada sekunder sebading dengan perubahan posisi inti magnetic.

~ 17 ~

Page 19: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

hubungan linier bila inti masih disekitar posisi kesetimbangan.

Skema LVDT

Gambar 3.6. LVDT sebagai sensor posisi: (a) konstruksi LVDT, (b) Rangakaian listrik, (c) rangkaia uji LVDT,

(d) Karakteristik LVDT

~ 18 ~

Page 20: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

3. Transduser Kapasitif

a. Memanfaatkan perubahan kapasitansi:

Akibat perubahan posisi bahan dielektrik diantara kedua keping.

Akibat pergeseran posisi salah satu keping dan luas keping yang berhadapan langsung.

Akibat penambahan jarak antara kedua keeping.

Gambar 3.8. Sensor posisi kapasitif: (a) pergeseran media mendatar, (b) pergeseran berputar, (c) pergeseran jarak plat

b. Nilai kapasitansi berbanding lurus dengan area dan berbanding terbaik dengan jarak :

c. Cukup sensitif tetapi linieritas buruk.

d. Rangkaian jembatan seperti pada sensor induktif dapat digunakan dengan kapasitor

dihubungkan paralel dengan resistansi (tinggi) untuk memberi jalur DC untuk input

opamp.

e. Alternatif kedua mengubah perubahan kapasitansi menjadi perubahan frekuensi osilator :

Frekuensi tengah 1 - 10 MHz.

Perubahan frekuensi untuk perubahan kapasitansi cukup kecil dibandingkan kapasitansi

Co.

~ 19 ~

Page 21: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Gambar 3.9. Pemakaian sensor posisi pada rangkaian elektronik:

(a) kapasitansi menjadi frekuensi, (b) kapasitansi menjadi pulsa

~ 20 ~

Page 22: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

4. Transduser perpindahan digital optis

a. Mendeteksi posisi melalui kode oleh pemantul atau pelalu transmisi cahaya ke detektor

foto.

b. Perpindahan (relatif) diukur berupa pulse train dengan frekuensi yang sebanding

kecepatan pergerakan.

Gambar 3.10. Sensor posisi digital optis: (a) dan (b) pergeseran berputar, TX-RX sejajar, (c) dan (d) pergeseran mendatar,

TX-RX membentuk sudut.

c. Deteksi arah gerakan memanfaatkan dua sinyal dengan saat pulsa naik berbeda.

Gambar 3.11. Rangakain uji untuk menentukan arah gerakan/posisi

~ 21 ~

Page 23: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

d. Posisi mutlak dideteksi menggunakan kode bilangan digital.

Untuk deteksi perubahan yang ekstrim satu kode digunakan sebagai sinyal clock.

Alternatif lain memanfaatkan kode yang hanya mengijinkan satu perubahan seperti pada

kode Gray.

Kode angular lebih baik dari pada kode linier akibat arah ekpansi thermal pada pelat

kode.

Gambar 3.12. Pulsa clock yang dihasilkan berdasarkan bilangan biner

e. Pengukuran perpindahan posisi yang kecil dapat dilakukan dengan pola Moire.

Pola garis tegak dan miring memperkuat (ukuran) pergeseran arah x ke pola garis pada

arah y.

Perubahan dibaca dengan cara optis.

Gambar 3.13. Perubahan posisi kecil menggunakan cara Moire

~ 22 ~

Page 24: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

5. Transduser Piezoelectric

Transduser Piezoelectric berkeja memanfaatkan tegangan yang terbentuk saat

kristal mengalami pemampatan :

Ion positif dan negatif terpisah akibat struktur kristal asimetris.

Bahan kristal: kuarsa dan barium titanat, elektret polivilidin florida.

Bentuk respons

Gambar 3.14. Transduser Piezoelektrik: (a) konstruksi PE,

(b) rangkaian ekivalen PE

Gambar 3.15. Respons Tegangan PE

Rangkaian pembaca tegangan pada piezoelektrik sensor

Kristal bukan konduktor (tidak mengukur DC, rangkaian ekivalen) gunakan rangkaian Op-

Amp dengan impedansi input tinggi (FET, untuk frekuensi rendah).

Bila respons yang diukur dekat dengan frekuensi resonansi kristal, ukur muatan sebagai

ganti tegangan.

di mana Qx = muatan listrik kristal (coulomb)

Kqe = konstanta kristal (coul/cm)

ε = gaya tekan ( Newton)

~ 23 ~

Page 25: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Gambar (a) R tinggi untuk alur DC, (b) saklar untuk mengukur tegangan strain saat ON

dan OFF dan (c) mengukur muatan, tegangan (Vo)yang dihasilkan adalah :

Gambar 3.16. Rangkaian pembacaan tegangan kristal

~ 24 ~

Page 26: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

6. Transduser Resolver dan Inductosyna. Berupa pasangan motor-generator: resolver dan transmiter digunakan untuk mengukur

sudut pada sebuah gerakan rotasi.

b. Kumparan stator sebagai penerima ditempatkan pada sudut yang berbeda.

3 stator: syncho

2 stator: resolver

c. Versi linier (inductosyn) perbedaan sudut 90 derajat diperoleh dengan perbedaan 1/4

gulungan.

Gambar 3.17. Konstruksi Resolver - Inductosyn dan sinyal yang dihasilkan

~ 25 ~

Page 27: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

7. Detektor Proximity a. Saklar reed yang memanfatkan saklar yang terhubung atau terlepas berdasarkan medan

magnet.

b. RF-lost akibat adanya bahan metal yang menyerap medan magnet (frekuensi 40-200

kHz) yang mengakibatkan detector RF turun akibat pembebanan rangkaian resonansi LC

pada osilator.

c. Detector kapasitansi mengamati perubahan kapasitansi oleh bahan nonkonduktor.

d. Pancaran cahaya terfokus.

Gambar 3.18. Beberapa sensor proximity

~ 26 ~

Page 28: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

8. Potensiometer

Potensiometer yang tersedia di pasaran terdiri dari beberapa jenis, yaitu: potensiometer

karbon, potensiometer wire wound dan potensiometer metal film.

1. Potensiometer karbon adalah potensiometer yang terbuat dari bahan karbon harganya

cukup murah akan tetapi kepressian potensiometer ini sangat rendah biasanya harga resistansi

akan sangat mudah berubah akibat pergeseran kontak.

2. Potensiometer gulungan kawat (wire wound) adalah potensiometer yang menggunakan

gulungan kawat nikelin yang sangat kecil ukuran penampangnya. Ketelitian dari

potensiometer jenis ini tergantung dari ukuran kawat yang digunakan serta kerapihan

penggulungannya.

3. Metal film adalah potensiometer yang menggunakan bahan metal yang dilapiskan ke bahan

isolator

Potensiometer karbon dan metal film jarang digunakan untuk kontrol industri karena

cepat aus. Potensiometer wire wound adalah potensiometer yang menggunakan kawat halus

~ 27 ~

a. Wire Wound b. Tahanan Geser c. Karbon

Gambar 3.19. Macam Potensiometer

Page 29: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

yang dililit pada batang metal. Ketelitian potensiometer tergantung dari ukuran kawat. Kawat

yang digunakan biasanya adalah kawat nikelin.

Penggunaan potensiometer untuk pengontrolan posisi cukup praktis karena hanya

membutuhkan satu tegangan eksitasi dan biasanya tidak membutuhkan pengolah sinyal yang

rumit. Kelemahan penggunaan potensiometer terutama adalah:

1. Cepat aus akibat gesekan

2. Sering timbul noise terutama saat pergantian posisi dan saaat terjadi lepas kontak

3. Mudah terserang korosi

4. Peka terhadap pengotor

Potensiometer linier adalah potensiometer yang perubahan tahanannya sangat halus

dengan jumlah putaran sampai sepuluh kali putaran (multi turn). Untuk keperluan sensor

posisi potensiometer linier memanfaatkan perubahan resistansi, diperlukan proteksi apabila

jangkauan ukurnya melebihi rating, linearitas yang tinggi hasilnya mudah dibaca tetapi hati-

hati dengan friksi dan backlash yang ditimbulkan, resolusinya terbatas yaitu 0,2 – 0,5%

Gambar 3.20. Rangkaian uji Potensiometer

~ 28 ~

Page 30: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

9. Optical lever displacement detektor Memanfaatkan pematulan berkas cahaya dari sumber ke detektor.

Linieritas hanya baik untuk perpindahan yang kecil.

Gambar 3.21. Optical Lever Displacement Detector

Aplikasi – aplikasi lainnya :

~ 29 ~

Page 31: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

[DISTANCE SENSOR]SRF04 , SRF 08 , ULTRASONIC

~ 30 ~

Page 32: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

SRF04

Sensor SRF04 adalah sensor ultrasonik yang diproduksi oleh Devantech. Sensor ini

merupakan sensor jarak yang presisi. Dapat melakukan pengukuran jarak 3 cm sampai 3

meter dan sangat mudah untuk dihubungkan ke mikrokontroler menggunakan sebuah pin

Input dan pin Output.

Gambar 1. Sensor Jarak SRF04

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. Dengan mengukur lebar pulsa pantulan tersebut jarak target didepan

sensor dapat diketahui.

Untuk dapat memahami cara kerja dari sensor SRF04 ini perhatikan

timming dari pulsa masukan dan keluaran sensor berikut ini:

Gambar 2. SRF04 Timing Diagram

~ 31 ~

Page 33: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Berdasarkan data dari timing diagram, sensor akan memberikan informasi jarak pembacaan dengan informasi berupa pulsa PWM dengan lebar 100uS sampai dengan 18mS.

Dengan 2 buah pin kontrol, antara lain sebuah pin input triger dan sebuah pin output

data. Untuk mengaktifkan sensor maka modul diberi triger pulsa maka sensor akan

mengeluarkan sinyal pwm dan duty cycle tersebut sebagai jarak objek dengan sensor .

Mikrokontroller memberikan sinyal pulsa high pada pin triger pulse input dari sensor

untuk mengaktifkan sensor ultrasonik. Untuk menghitung lebar PWM mengunakan timer0.

Pin echo pulse output terhubung dengan pin-pin pada mikrokontroler. Ketika pin echo pulse

output high maka timer0 aktif dan ketika pin echo kembali bernilai low maka timer0

dimatikan dan data TCNT0 diambil sebagai data jarak.

~ 32 ~

Page 34: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

SRF08

Sensor jenis ini dikategorikan dalam sensor jarak. Dalam pendeteksian jaraknya sensor

ini menggunakan gelombang ultrasonik yang dihasilkan oleh sensor ini. Sensor jarak ini

memiliki dua buah bagian, yaitu transmitter pada sisi kirim dan receiver pada sisi terima.

Prinsip kerjanya adalah gelombang ultrasonik akan dipancarkan oleh transmitter selama

periode waktu tertentu yang kemudian gelombang ultrasonik tersebut akan diterima oleh

receiver. Berikut ilustrasinya.

Prinsip Kerja sensor SRF-08

Data keluaran dari sensor ini berupa logika 0 atau 1 yang kemudian berdasarkan

datasheet SRF-08 dapat dihitung besarnya jarak benda terhadap sensor ini. Perhitungan

jaraknya adalah dengan mengalikan kecepatan gelombang ultrasonik dengan waktu tempuh

dan kemudian dibagi 2 akibat adanya waktu gelombang ultrasonik dipantulkan ke receiver

yang besarnya sama dengan waktu gelombang ultrasonik menyentuh benda.

Sensor ini memiliki performansi yang cukup baik, yaitu mampu mengukur jarak

sepanjang 3 cm sampai 6 m dan sensor ini sudah cukup banyak digunakan dalam berbagai

aplikasi robotika. Komunikasi sensor ini dengan mikrokontroler dilakukan melalui

komunikasi two wire, yaitu komunikasi I2C (Inter Integrated Circuit), yaitu suatu standar

protokol sitem komunikasi data serial yang dikembangkan oleh Philips dengan mengirimkan

data secara serial melalui sebuah jalur data dua arah. Karena menggunakan jalur data I2C,

maka hanya memerlukan dua buah pin saja untuk berkomunikasi, yaitu pin untuk data (SDA)

dan pin untuk sinyal clock (SCL). Sistem komunikasi ini cukup terkenal karena

~ 33 ~

Page 35: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

penggunaannya yang mudah dan mampu menghemat penggunaan pin-pin pada

mikrokontroler.

Diagram komunikasi uC dengan SRF-08

SDA merupakan jalur data pada komunikasi I2C sedangkan SCL merupakan jalur clock dimana sinyal clock akan selalu muncul untuk setiap pengiriman bit. Berikut pin-pin SRF-08 yang terkoneksi dengan mikrokontroler.

Pin koneksi SRF-08

Alamat standar dari SRF-08 adalah 0xE0. Alamat tersebut dapat diganti ke 16 alamat, yaitu E0, E2, E4, E6, E8, EA, EC, EE, F0, F2, F4, F6, F8, FA, FC atau FE sehingga jumlah maksimum penggunaan I2C adalah 16 SRF-08. Alamat-alamat yang telah diinisialisasi pada SRF-08 dapat diketahui secara visual, yaitu melalui nyala LED yang ditimbulkan oleh SRF-08.

~ 34 ~

Page 36: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Jarak maksimum yang dapat dideteksi oleh SRF-08 diset oleh timer internal yang

secara standarnya diset sebesar 65 milisekon atau setara dengan jarak 11 meter. Jarak ini

dinilai terlalu jauh dari kemampuan SRF-08 yang mampu mendeteksi hingga 6 meter. Hal ini

dapat mengurangi besarnya waktu echo dari SRF-08 dan jarak yang ditulis di register jarak.

Besarnya jarak maksimum dapat diset pada jarak 43 mm hingga 11 meter. Besarnya jarak

adalah ((Range Register x 43 mm)+43 mm), sehingga untuk mengatur nilai Range Register

dengan nilai 0 (0×00) yang akan memberikan jarak maksimum sebesar 43 mm. Pengaturan

nilai Range Register ke nilai 1 (0×01) akan menghasilkan jarak maksimum sebesar 86 mm.

Selanjutnya untuk menghasilkan jarak maksimum sebesar 1 meter, maka Range Register

diset pada nilai 24 (0×18), nilai 140 (0x8C) untuk menghasilkan jarak maksimum 6 meter

dan nilai 255 (0xFF) untuk mendapatkan jarak maksimum 11 meter. Untuk robot penerima

tamu ini, sensor SRF-08 dirancang dengan jarak maksimum 100 cm. Jarak 100 cm dirasakan

cukup untuk mengantisipasi tabrakan dan untuk memperkecil waktu pembacaan SRF-08

sehingga didapatkan update data sensor yang lebih banyak di setiap pergerakkan robot.

Susunan pemasangan dan pengalamatan SRF-08 pada robot adalah sebagai berikut :

Pemasangan dan pengalamatan SRF-08

~ 35 ~

Page 37: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

ULTRASONIC

Bagi para pengendara mobil mungkin parkir ditempat yang sempit merupakan suatu hal

yang biasa namun membutuhkan keahlian lebih agar dapat menempatkan posisi mobil

dengan baik. Pengendara bisanya menggunakan kaca spion sebagai alat bantunya, dengan

asumsi tidak ada tukang parkir yang membantu. Alat ini akan memberitahukan jarak saat ini

terhadap benda disekeliling kendaraan. Alat ini sangat membantu ketika mobil berjalan

mundur masuk ke garasi, dengan cara menunjukkan berapa meter jarak antara dinding garasi

dengan bemper mobil tanpa perlu menggunakan mikrokontroller.

Dengan tidak digunakannya mikrokontroller dalam aplikasi ini maka biaya untuk

membuat aplikasi ini tidak terlalu mahal dan juga lebih mudah karena tidak perlu membuat

program dan kemudian memprogram IC mikrokontroller tersebut. Hal ini juga akan

menghemat waktu pembuatan aplikasi ini. Walaupun tidak menggunakan mikrokontroller

ketelitian pengukuran alat ini cukup baik jika dibandingkan dengan menggunakan

mikrokontroller.

Pada mobil-mobil sedan yang mewah alat ini sudah merupakan standar keamanan

berkendara yang baik. Alat ini bisanya diletakkan di sudut bemper mobil ke arah depan atau

di bemper belakang mobil sehingga jika sensor diaktifkan maka jarak terdekat antara badan

mobil dengan dinding atau dengan mobil terdekat dapat diketahui.

Selain aplikasi diatas, Super Sonic Range dapat digunakan pada robot, kendali mobil

otomatis, bahkan alarm sekalipun.

Sensor Ultrasonic

Suara super sonic merupakan getaran suara dengan frekuensi di atas 40 KHz.

Suara ultrasonic ini tidak dapat didengar oleh manusia sehingga tidak menggangu manusia

ataupun hewan di dalam penggunaannya.

Prinsip Kerja

Prinsip kerjanya tidak berbeda dengan prinsip dari penggunaan gelombang suara ultra

sonic oleh binatang kelelawar. Binatang malam ini tidak memiliki penglihatan yang peka di

malam hari. Kelelawar hanya mengandalkan indera penciuman dan pendengarannya yang

tajam. Indera penciumannya digunakan oleh kelelawar untuk mencari mangsa sedangkan

~ 36 ~

Page 38: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

indera pendengarannya yang tajam digunakan untuk mengetahui posisinya terhadap benda

tertentu.

Pada dasarnya kepakan sayap kelelawar merupakan sumber suara ultra sonic. Tetapi

untuk dapat mengetahui posisinya, kelelawar biasanya mengeluarkan suara ultra sonic yang

kemudian memantul jika mengenai halangan didepan. Pantulan inilah yang digunakan oleh

kelelawar untuk mengetahui jarak antara kelelawar dengan benda di depannya. Prinsip yang

digunakan oleh kelelawar inilah yang ditiru untuk digunakan pada alat ini. Getaran suara 40

KHz dipancarkan oleh sebuah transduser dan pantulan getaran ultra sonic tersebut diterima

pada transduser yang lain. Jeda waktu antara penembakan getaran ultra sonic dan penerimaan

getaran pantul adalah sebanding dengan jarak antara transduser dengan dinding.

Jarak antara transmitter dan receiver (x) cukup dekat sehingga sudut pantulnya kecil

sehingga jarak (s) tidak terpengaruh oleh sudut pantul tersebut. Jarak dapat diketahui dengan

mengkalikan konstanta kecepatan suara 340 m/s dan kemudian dibagi 2.

Bagian Pemancar Ultrasonic

~ 37 ~

Page 39: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Pada bagian pemancar, Super Sonic Range Meter menggunakan IC LM555 sebagai

sumber sinyal kotak dengan frekuensi 40KHz. Dipilih LM 555 karena IC ini mudah

didapatkan dipasaran, harganya murah-tidak terlalu mahal, dan cukup stabil jika dioperasikan

pada frekuensi yang tidak terlalu tinggi. Sinyal pulsa-pulsa kotak yang mempunyai frekuensi

40KHz ini dikontrol dengan dengan IC LM555 yang lain untuk menentukan panjang

pulsanya.

Besarnya frekuensi sinyal kotak ditentukan oleh :

TL = 0.67 x R3 x C5

TH = 0.67 x (R3+R4+Rpot) x C5

f = 1/ (TL + TH)

Pembalikan Fasa dengan Gate 4069 Sebagai Driver TransmitterUltra Sonic

Rangkaian gate 4069 merupakan driver untuk transmitter sinyal ulttra sonic. IC 4069

merupakan IC CMOS inverter. Dengan mengkonfigurasikan gate 4069 seperti pada gambar

di atas memungkinkan amplitudo sinyal kotak 40KHz menjadi dua kali lipat amplitudo

semula. Untuk meningkatkan arus yang menuju transmiter ultra sonic maka digunakan 2

buah gate 4069 yang diparalel.

U2B dan U2C akan menghasilkan sinyal yang berkebalikan fasa dengan sinyal kotak

yang dihasilkan oleh U2E dan U2F. Kondisi ini disebabkan oleh gate U2D. Sinyal-sinyal

kotak yang berkebalikan fasa ini menyebabkan output sinyal kotak yang menuju transmiter

ultra sonic amplitudonya akan melipat 2 kali.

~ 38 ~

Page 40: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Bagian Penerima Sinyal Ultra Sonic

Sinyal ultra sonic yang dipancarkan oleh transmitter ultrasonic diterima oleh ultra sonic

receiver dan kemudian di kuatkan pada penguat tegangan sebesar 1000 kali (±60 dB).

Penguat tersebut merupakan rangkaian penguat opamp yang dicascade sehingga

menghasilkan penguatan sebesar 1000 kali.

Pada penguatan pertama didisain sehingga menghasilkan penguatan sebesar 100 kali

(±40 dB) dan oleh penguat tegangan yang kedua sinyal yang telah diperkuat ini dikuatkan

lagi dengan penguatan sebesar 10 kali (±20dB).

Penguat Sinyal Ultra Sonic

Tegangan bias dari opamp diatur sedemikian rupa sehingga pada tegangan 4.5 volt.

Tegangan bias ini memungkinkan digunakannya single suplai. Dalam hal ini digunakan +9

volt. Jika menggunakan single suplai tetapi tidak terdapat tegangan bias (tegangan bias = 0)

maka sinyal yang dikuatkan akan terpotong pada fasa positifnya saja. Tetapi dengan tegangan

bias sebesar 4.5 volt (setengah dari 9 volt) menyebabkan baik fasa positif maupun fasa

negatifnya dikuatkan dengan sempurna.

Rangkaian Deteksi Sinyal Ultra Sonic

Pendeteksian sinyal ultra sonic sama halnya dalam hal pendeteksian sinya; radio AM.

Hanya saja berbeda pada frekuensi kerjanya. Untuk dapat mendeteksi sinyal ultra sonic

digunakan rangkaian halfwave rectifier yang menggunakan diode schottky barrier. Untuk

membuang komponen sinyal dengan frekuansi tinggi maka perlu dipasang sebuah kapasitor

didepan half wave rectifier sehingga hanya didapatkan komponen DC nya saja.

~ 39 ~

Page 41: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Detector Sinyal Ultra Sonic

Output dari detector ultrasonic di atas diumpankan pada sebuah komparator yang

dibentuk dari sebuah opamp sederhana. Rangkaian ini memungkinkan untuk dapat

menentukan apakah sinyal yang diterima adalah sinyal pantulan pertama atau bukan. Hal ini

dimungkinkan karena sinyal pantulan pertama amplitudonya lebih besar dari pada sinyal-

sinyal pantulan yang kedua dan seterusnya. Sehingga tidak menyebabkan kesalahan pada

bagian penghitungan jarak. Hal ini biasa terjadi jika jarak dinding terlalu dekat sehingga

pantulan-pantulan gelombang ultra sonic yang lain masih cukup besar amplitudonya

(crowded transmission).

Jika output dari bagian detektor sinyal ultra sonic lebih dari 0.4 volt maka output dari

komparator akan ‘low’ sedangkan jika output dari detekctor sinyal ultra sonic kurang dari 0.4

volt maka output dari komparator adalah ‘high’. Output default dari komparator adalah

‘high’.

Untuk menghindari pantulan sinyal yang amplitudonya lebih dari 0.4 volt maka pada

input positif komparator diberi dioda yang mensinkronkan bilamana sinyal yang diterima dari

output detector harus dibandingkan dengan 0.4 volt.

Komparator dengan Sinkronisasi Pulsa Transmit

Nilai kapasitor pada detector sinyal ultra sonic sangat berpengaruh pada ketepatan

dalam penghitungan terutama pada jarak dekat sehingga jika nilai kapasitor yang terpasang

terlalu besar maka walaupun sinyal yang masuk ke komparator nagus namun dapat

~ 40 ~

Page 42: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

mengakibatkan kesalahan yang cukup besar dalam saat perhitungan. Hal ini disebabkan

karena nilai kapasitor yang terlalu besar membutuhkan waktu pembuangan yang cukup lama

pada waktu tansmisi tiap siklus nya cukup cepat, yaitu sekitar 1 ms.

Rangkaian Pengukuran Waktu

Rangkaian ini merupakan inti dari alat ini. Ketelitian dari alat ini memang tidak

sepenuhnya ditentukan oleh bagian ini saja namun bagian inilah yang paling penting.

Rangkaian ini merupakan sebuah rangkaian gate untuk mengukur waktu yang diperlukan saat

pantulan sinyal dari benda yang kita ukur dan kembali setalah mengirimkan sinyal super

sonic. Rangkaian ini menggunakan RS flip flop (SR- FF).

Kondisi set terjadi saat transmitter mengirimkan sinyal supersonic atau pada saat sinyal

pulsa transmit adalah ‘high’. Sedangkan kondisi reset terjadi ketika detector sinyal ultra sonic

mendeteksi adanya sinyal pantulan (output komparator ‘low’). Dan setelah SR FF set kembali

maka itulah lama dari waktu tempuh sinyal ultra sonic.

Rangkaian Osilator Pulsa Measurement

Rangkaian ini merupakan rangkaian osilator dimana jumlah pulsa dari osilator inilah

yang dihitung pada saat sinyal ultra sonic ditembakkan dan diterima kembali. Besarnya

frekuensi osilasi adalah :

f = 1/(2.2 x C x R)

Yaitu sebesar 17.2 KHz.

Osilator Untuk Pengukuran Waktu

~ 41 ~

Page 43: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Untuk menghitung (counter) digunakan IC 4553 dan untuk menampilkan jumlah

perhitungannya digunakan 4511. Baik 4553 maupun 4511 merupakan IC CMOS yang masih

banyak dijumpai dipasaaran.

Kesimpulannya dengan tidak menggunakannya mikrokontroller maka dibutuhkan

semakin banyak komponen (74LS04 pada osilator time measurement, 4553, dan 4511).

Namun demikian biaya yang dibutuhkan tetap relatif lebih murah dan tidak perlu susah-susah

membuat programnya.

~ 42 ~

Page 44: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

[LINE SENSOR]LINE TRACER SENSOR

~ 43 ~

Page 45: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

SENSOR LINE TRACER

Sensor garis sering digunakan pada robot line follower (line tracking) yang berfungsi

mendeteksi warna garis hitam dan putih. Sensor ini biasa dibuat dari LED sebagai pemancar

cahaya lalu LDR ataupun photodioda sebagai sensor. Dengan memanfaatkan sifat

pemantulan cahaya yang berbeda dari berbagai macam warna dan diaplikasikan

pada rangkaian pembagi tegangan akan bisa dibedakan warna hitam dan putih. Output dari

sensor garis nantinya dihubungkan ke komparator atau langsung ke mikrokontroler yang

mempunyai fitur adc.

Prinsip Kerja Sensor

LED Pada sensor garis berfungsi sebagai pengirim cahaya ke garis untuk dipantulkan

lalu dibaca sensor (photodioda ataupun LDR). Sifat pemantulan cahaya yang berbeda dari

berbagai macam warna digunakan dalam hal ini. Ketika LED memancarkan cahaya ke bidang

berwarna putih, cahaya akan dipantulkan hampir semuanya oleh bidang berwarna putih

tersebut. Sebaliknya, ketika LED memancarkan cahaya ke bidang berwarna gelap atau hitam,

maka cahaya akan banyak diserap oleh bidang gelap tersebut, sehingga cahaya yang sampai

ke sensor (photodioda atau LDR) sedikit. Karena perbedaan cahaya yang diterima oleh sensor

akan menyebabkan hambatan yang  berbeda pula di dalam sensor maka prinsip ini yang

digunakan untuk membedakan pembacaan garis. Gambar dibawah ini adalah ilustrasi

mekanisme pemantulan cahaya sensor garis.

Gambar: Mekanisme pemantulan cahaya sensor garis

~ 44 ~

Page 46: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Rangkaian Pembagi Tegangan

Berdasarkan Gambar dan rumus diatas maka diketahui bahwa

Saat Rbottom sangat besar maka keluaran Vout=Vin

Saat Rbottom sangat kecil maka keluaran Vout=0

Vout Berbanding lurus dengan Rbottom

Pada penggunaanya di sensor garis, Rbottom diganti menggunakan sensor

(photodioda ataupun LDR).  Dengan berubahnya resistansi saat sensor mendeteksi warna

berbeda maka Vout pun akan ikut berubah seiring perubahan pendeteksian warna. Perubahan

tegangan Vout inilah yang akan digunakan sebagai pembeda warna.

Cara Kerja Sensor Garis

Berikut ilustrasi kerja dari sensor garis:

~ 45 ~

Page 47: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

Saat sensor pada garis putih, maka sensor akan terkena banyak cahaya sehingga nilai

resistansinya akan sangat kecil atau dapat diabaikan. Karena Rsens sangat kecil maka

Vout=0.

Saat sensor pada garis hitam, maka sensor akan tidak terkena cahaya sehingga nilai

resistansinya akan besar atau dapat diasumsikan tak hingga. Karena Rsens sangat besar maka

Vout= Vin

Dengan arti kata dengan rangkaian diatas perubahan Vout berbanding lurus dengan

cahaya. Untuk membuat rangkaian dengan Vout berbanding terbalik dengan perubahan

cahaya hanya dengan mengganti letak sensor berada dekat dengan Vin.

Seperti dibahas diatas Saat Sensor mendeteksi warna berbeda maka Vout pun akan

ikut berubah. Perubahan Vout inilah yang akan digunakan sebagai pembeda warna hitam dan

putih baik dengan menggunakan komparator ataupun dengan menggunakan ADC internal

mikrokontroler.

~ 46 ~

Page 48: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

[LIGHT SENSOR]

LDR

~ 47 ~

Page 49: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

LDR adalah sebuah sensor cahaya dimana jika cahaya yang masuk kedalam sensor

tersebut semakin sedikit, maka resistansinya akan semakin besar demikian juga sebaliknya

jika intensitas cahaya yang masuk semakin banyak maka resistansinya (hambatan) akan

semakin sedikit, LDR dihitung dalam satuan ohm.

Gambar : Contoh LDR

Gambar : Bagian – bagian LDR

Aplikasi LDR

Berikut ini salah satu contoh penggunaan sensor cahaya LDR yang bisa kita buat

dengan mudah.

Alat ini diberi nama dengan magic lentera, fungsinya hampir sama dengan emergency

lamp, tapi dengan sedikit modifikasi alat ini jadi memiliki fungsi yang lebih baik dan efisien.

Magic lentera adalah sebuah modifikasi dari mangkok lampu (tempat menyimpan bola

lampu) ditambah dengan fungsi emergency lamp yang dapat otomatis menyala pada saat

lampu utama mati, namun pada emergency lamp ini dilengkapi juga dengan sensor sehingga

~ 48 ~

Page 50: 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCER (4)

Passa Luthfi Y. (211 341 071)

jika ruangan atau area disekitar lampu dalam keadaan terang, maka lampu ini tidak akan

menyala, dan sebaliknya jika listrik AC(PLN) mati dan area sekitar dalam keadaan gelap,

maka lampu akan otomatis menyala. Magic lamp ini menggunakan beberapa buah LED ultra

bright yang dapat menyala sangat terang dengan daya yang kecil dan baterai 9 volt yang

dapat bertahan cukup lama dan bisa di isi ulang jika telah habis. Magic lentera juga

dilengkapi dengan saklar on/off untuk menghemat energi jika memang tidak digunakan.

Magic lentera terbuat dari bahan dan komponen yang mudah di dapat dan sebagian bahanya

adalah barang bekas, seperti case atau tempat lampu terbuat dari bahan tempat CD yang tidak

terpakai. Dan berikut komponen untuk membuat rangkaian magic lamp, untuk nilai dari tiap

komponennya silakan lihat gambar schematics :

Relay

Sensor LDR

IC comparator

LED ultra bright

Mangkok lampu ( tempat bola lampu )

~ 49 ~