SENSOR ULTRASONIK PADA ARDUINO

 

1.1    Sensor Ultrasonik

Pengertian sensor ultrasonik adalah sensor yang bekerja berdasarkan pantulan gelombang suara untuk mendeteksi keberadaan sebuah objek tertentu yang ada di depannya. Sensor jenis ini menggunakan bunyi ultrasonik 20.000 Hz ++ untuk mendapatkan jarak dan waktu tertentu. Selain mengukur jarak, fungsi sensor ultrasonik juga mampu mendeteksi keretakan dan tipe benda yang berhasil memantulkan sinyal. Misalnya, sebuah logam diberikan ultrasonik dan hasilnya satu bagian sinyal dikembalikan dengan baik. Kemungkinannya adalah area tertentu di logam tidak lagi memiliki permukaan sempurna karena ada retak atau rusak. Sensor ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit penerima. Struktur unit pemancar dan penerima. Frekuensi kerjanya pada  daerah  di  atas  gelombang  suara dari 40 KHz hingga 400 KHz.

 

1.2  Komponen Sensor Ultrasonik

Pada sensor ultrasonik terdapat beberapa bagian penting yang merupakan bagian utama dari sensor ultrasonik itu sendiri. Beberapa bagian utama tersebut diantaranya adalah Piezoelektrik, Transmitter dan Receiver. Berikut adalah penjelasan tentang bagian-bagian dari sensor ultrasonik tersebut:

1.      Piezoelektrik

Piezoelektrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Bahan piezoelektrik adalah material yang memproduksi medan listrik ketika dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik diberikan, maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan mekanis. Jika rangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik yang sama, maka dapat digunakan sebagai transmitter dan receiver. Frekuensi yang ditimbulkan tergantung pada osilatornya yang disesuiakan frekuensi kerja dari masing-masing transduser. Karena kelebihannya inilah maka tranduser piezoelektrik lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.

2.      Transmitter

Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi untuk memancarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu (misalnya frekuensi sebesar 20 kHz atau 40 kHz) yang dibangkitkan dari sebuah osilator. Untuk menghasilkan frekuensi sebesar 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 desain 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.

3.      Receiver

Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible, elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.

 

1.3  Datasheet Sensor Ultrasonik

Adapun datasheet pada sensor ultrasonik yakni sebagai berikut.

1)      Pin Trig (Trigger), trigpin Arduino berfungsi untuk memicu pemancaran gelombang ultrasonik. Gelombang akan terpancarkan saat pin ini diberikan logika HIGH.

2)      Pin Echo, berfungsi untuk mendeteksi pantulan gelombang ultrasonik apakah sudah diterima atau belum. Pin Echo bernilai HIGH jika gelombang pantulan belum diterima dan bernilai LOW jika pantulan sudah diterima.

3)      Pin VCC, berfungsi untuk mengoneksikan sensor ke power supply 5 volt Arduino. Jadi kamu bisa langsung mengoneksikan pin VCC ke pin 5V di Arduino.

4)      Pin GND, berfungsi untuk mengoneksikan sensor ke power supply ground. Sama dengan pin VCC, kamu juga bisa langsung menghubungkan pin GND ini ke pin GND Arduino.

 

1.4  Cara Kerja Sensor Ultrasonik

Pada dasarnya cara kerja sensor ultrasonik adalah mengubah besaran  fisis  (berupa bunyi) menjadi  besaran  listrik  dan  sebaliknya. Transmitter mengirimkan seberkas gelombang ultrasonik, yang kemudian akan diukur waktu yang dibutuhkan hingga datangnya pantulan dari objek tersebut. Prinsip kerja sensor ultrasonik menggunakan metode pantulan untuk menghitung jarak antara objek dengan sensor.

Pengukuran jarak objek dengan sensor ini dapat dihitung dengan perkalian antara kecepatan rambat dari gelombang suara ultrasonik pada media rambat dengan setengah waktu yang digunakan sensor ultrasonik untuk memancarkan gelombang suara ultrasonik dari rangkaian pemancar (Tx) menuju objek hingga diterima kembali oleh rangkaian penerima (Rx).

Ada beberapa point terkait dengan cara kerja sensor ultrasonik yakni:

1.      Gelombang ultrasonik

Cara kerja sensor ultrasonik berdasarkan gelombang bunyi lebih dari 20 khz. Manusia tidak dapat mendengarnya tetapi beberapa hewan seperti kelelawar dapat menangkap frekuensi tersebut. Anda tidak perlu khawatir dengan resiko karena bunyi tersebut tidak akan mengganggu aktivitas harian.

2.      Pemancar dan penerima

Bunyi berasal dari pemancar lalu diarahkan ke suatu target. Setelah itu, bunyi menyentuh benda dengan kerapatan padat dan dipantulkan kembali sesuai arah tertentu. Selanjutnya, penerima atau receiver bertugas menangkap hasil pantulan.

3.      Kecepatan bunyi dan waktu

Secara normal, kecepatan bunyi sekitar 300-350 m/s yang dapat dikategorikan sebagai ultrasonik.

4.      Mengukur jarak

Dari data sensor ultrasonik, Anda dapat memperkirakan jarak antara sensor dan benda yang berhasil memantulkan bunyi tersebut. Perhitungan ini akan menjadi estimasi sebelum melakukan penelitian lebih lanjut.

Jarak benda dihitung berdasarkan rumus :

S = 340 . t / 2

Arti simbol rumus:

S = Jarak antara sensor dengan benda yang diukur (m).

t = Waktu yang dibutuhkan sinyal untuk kembali ke sensor (s).

 

1.5  Kelebihan dan Kekurangan Sensor Ultrasonik

Berikut kelebihan dan kekurangan dari sensor ultrasonik:

1.      Kelebihan sensor ultrasonik

·         Tingkat sensitifitasnya baik

·         Tak dipengaruhi oleh warna dan tranparansi

·         Mengonsumsi arus data rendah

2.      Kekurangan sensor ultrasonik

·         Jarak jangkau pendeteksiannya terbatas dan hanya satu arah

·         Refresh rate lambat

·         Kurang bagus dalam mengukur jarak benda yang permukannya tidak rata

 

1.6  Sketch Sensor Ultrasonik

Berikut sketch sensor ultrasonik pada breadboard yang terhubung dengan arduino uno.

1.      Measurement distance with ultrasonic sensor

 

Sketch:

Source Code:

void setup() {   Serial.begin(9600); }   void loop() {   pinMode(9, OUTPUT);   digitalWrite(9, LOW);   delayMicroseconds(2);   digitalWrite(9, HIGH);   delayMicroseconds(5);   digitalWrite(9, LOW);     pinMode(9, INPUT);   double duration = pulseIn(9, HIGH);   double cm = duration * 340 / 10000 / 2;   Serial.println(cm); }

Hasil pada sketch adalah sensor ultrasonik pada arduino berhasil dijalankan, waktu yang diperlukan sinyal untuk kembali ke sensor sebanyak 10.000 detik. Dapat dilihat pada sketch, jangkau pendeteksian sensor ultrasonik hanya satu arah, yakni jika berwarna hijau sensor berhasil mendeteksi, dan jika berwarna merah sensor gagal mendeteksi.

Sumber:

https://www.mahirelektro.com/2020/11/cara-kerja-sensor-ultrasonik-dan-aplikasinya.html

https://wikielektronika.com/pengertian-dan-cara-kerja-sensor-ultrasonik/

https://www.belajaronline.net/2020/09/prinsip-kerja-dan-bagian-bagian-sensor-ultrasonik.html

https://www.aldyrazor.com/2020/05/sensor-ultrasonik-arduino.html