SIMULASI PENDETEKSI JARAK PARKIR DENGAN SENSOR ULTRASONIK
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.
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.
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.
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).
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
6 LED
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah
komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika
diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan
semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada
jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan
sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering dijumpai pada
Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya. Kemampuan
mengalirkan arus pada LED cukup rendah yaitu maksimal 20 mA. Apabila LED
dialiri arus lebih besar dari 20 mA maka LED akan rusak, sehingga pada
rangkaian LED dipasang sebuah resistor sebgai pembatas arus.
7 Cara Kerja LED
LED memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub
Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju
(bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda. LED terdiri dari sebuah chip
semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang
dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk
menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga
menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri
tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K),
Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang
kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material).
Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan
cahaya monokromatik (satu warna). LED
atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju
ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah Energi
Listrik menjadi Energi Cahaya.
8 Polaritas LED
Untuk mengetahui polaritas terminal Anoda (+) dan Katoda
(-) pada LED. Kita dapat melihatnya secara fisik berdasarkan gambar diatas.
Ciri-ciri Terminal Anoda pada LED adalah kaki yang lebih panjang dan juga Lead
Frame yang lebih kecil. Sedangkan ciri-ciri Terminal Katoda adalah Kaki yang
lebih pendek dengan Lead Frame yang besar serta terletak di sisi yang Flat.
9 Warna-warna LED
Saat ini, LED telah memiliki
beranekaragam warna, diantaranya seperti warna merah, kuning, biru, putih,
hijau, jingga dan infra merah. Keanekaragaman Warna pada LED tersebut
tergantung pada wavelength (panjang gelombang) dan senyawa semikonduktor yang
dipergunakannya. Berikut ini adalah Tabel Senyawa Semikonduktor yang digunakan
untuk menghasilkan variasi warna pada LED:
|
Bahan Semikonduktor |
Wavelength |
Warna |
|
Gallium Arsenide (GaAs) |
850-940nm |
Infra Merah |
|
Gallium Arsenide
Phosphide (GaAsP) |
630-660nm |
Merah |
|
Gallium Arsenide
Phosphide (GaAsP) |
605-620nm |
Jingga |
|
Gallium Arsenide
Phosphide Nitride (GaAsP:N) |
585-595nm |
Kuning |
|
Aluminium Gallium
Phosphide (AlGaP) |
550-570nm |
Hijau |
|
Silicon Carbide (SiC) |
430-505nm |
Biru |
|
Gallium Indium Nitride
(GaInN) |
450nm |
Putih |
10 Tegangan Maju (Forward Bias) LED
Masing-masing Warna LED (Light
Emitting Diode) memerlukan tegangan maju (Forward Bias) untuk dapat
menyalakannya. Tegangan Maju untuk LED tersebut tergolong rendah sehingga
memerlukan sebuah Resistor untuk membatasi Arus dan Tegangannya agar tidak
merusak LED yang bersangkutan. Tegangan Maju biasanya dilambangkan dengan tanda
VF.
|
Warna |
Tegangan Maju @20mA |
|
Infra Merah |
1,2V |
|
Merah |
1,8V |
|
Jingga |
2,0V |
|
Kuning |
2,2V |
|
Hijau |
3,5V |
|
Biru |
3,6V |
|
Putih |
4,0V |
11 Fungsi LED
Fungsi LED banyak digunakan untuk
dua hal: iluminasi dan indikasi. Ini adalah kata-kata teknis tetapi penting
untuk dipahami karena jika Anda menginginkan LED untuk satu hal tertentu dan
membeli barang yang salah, maka akan sangat mengecewakan. Iluminasi berarti
"menyinari sesuatu", seperti senter atau lampu depan kendaraan.
Indikasi berarti "menunjukkan sesuatu", seperti lampu sein atau lampu
rem pada mobil. LED dengan cahaya yang tersebar sangat bagus dalam penunjuk,
mereka terlihat lembut dan seragam dan Anda dapat melihatnya dengan baik dari
sudut manapun. LED bening sangat bagus untuk penerangan, cahayanya langsung dan
kuat, tetapi tidak dapat melihatnya dengan baik dari suatu sudut karena
cahayanya hanya bergerak maju. Fungsi LED yang utama pada intinya adalah untuk
menerangi objek dan bahkan tempat.
12 Buzzer
Buzzer Listrik adalah sebuah
komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara.
Pada umumnya, Buzzer yang merupakan sebuah perangkat audio ini sering digunakan
pada rangkaian anti-maling, Alarm pada Jam Tangan, Bel Rumah, peringatan mundur
pada Truk dan perangkat peringatan bahaya lainnya. Jenis Buzzer yang sering
ditemukan dan digunakan adalah Buzzer yang berjenis Piezoelectric, hal ini
dikarenakan Buzzer Piezoelectric memiliki berbagai kelebihan seperti lebih
murah, relatif lebih ringan dan lebih mudah dalam menggabungkannya ke Rangkaian
Elektronika lainnya. Buzzer yang termasuk dalam keluarga Transduser ini juga
sering disebut dengan Beeper.
13 Cara Kerja Buzzer
Tegangan listrik yang diberikan
ke bahan Piezoelectric akan menyebabkan gerakan mekanis, gerakan tersebut
kemudian diubah menjadi suara atau bunyi yang dapat didengar oleh telinga
manusia dengan menggunakan diafragma dan resonator. Jika dibandingkan dengan
Speaker, Piezo Buzzer relatif lebih mudah untuk digerakan. Sebagai contoh,
Piezo Buzzer dapat digerakan hanya dengan menggunakan output langsung dari
sebuah IC TTL, hal ini sangat berbeda dengan Speaker yang harus menggunakan
penguat khusus untuk menggerakan Speaker agar mendapatkan intensitas suara yang
dapat didengar oleh manusia. Piezo Buzzer dapat bekerja dengan baik dalam
menghasilkan frekuensi di kisaran 1 – 5 kHz hingga 100 kHz untuk aplikasi
Ultrasound. Tegangan Operasional Piezoelectric Buzzer yang umum biasanya
berkisar diantara 3Volt hingga 12 Volt.
14 Servomotor
Servomotor adalah servo mekanisme
loop tertutup yang menggunakan umpan balik posisi untuk mengontrol gerakan dan
posisi akhirnya. Input ke kontrolnya adalah sinyal (baik analog atau digital)
yang mewakili posisi yang diperintahkan untuk poros output.
Servomotor dipasangkan dengan
beberapa jenis posisi encoder untuk memberikan umpan balik posisi dan
kecepatan. Dalam kasus yang paling sederhana, hanya posisi yang diukur. Posisi
terukur dari output dibandingkan dengan posisi perintah, input eksternal ke
controller. Jika posisi output berbeda dari yang diperlukan, sinyal kesalahan
dihasilkan yang kemudian menyebabkan motor berputar ke arah mana pun, sesuai
kebutuhan untuk membawa poros output ke posisi yang sesuai. Saat posisi
mendekati, sinyal kesalahan berkurang ke nol dan motor berhenti. Servomotor
yang paling sederhana menggunakan penginderaan posisi-hanya melalui
potensiometer dan kontrol bang-bang motor mereka; motor selalu berputar dengan
kecepatan penuh (atau berhenti). Jenis servomotor ini tidak banyak digunakan
dalam kontrol gerakan industri, tetapi membentuk dasar servos sederhana dan
murah yang digunakan untuk model yang dikendalikan radio.
Servo yang lebih canggih menggunakan encoder rotary optik untuk mengukur kecepatan poros output dan drive berkecepatan variabel untuk mengontrol kecepatan motor. Kedua perangkat tambahan ini, biasanya dalam kombinasi dengan algoritma kontrol PID, memungkinkan servomotor dibawa ke posisi yang diperintahkan lebih cepat dan lebih tepat, dengan sedikit overshooting.
SIMULASI
Berikut simulasi pendeteksi jarak
parkir dengan sensor ultrasonik menggunakan tinkercard sirkuit.
Sketch:
Hasil running ketika jarak parkir aman:
Hasil running ketika jarak parkir tidak aman:
Source Code:
|
#include<LiquidCrystal.h> #include<Servo.h> Servo servo; LiquidCrystal LCD(10,11,5,4,3,2); const int trigPin=8; const int echoPin=9; int LED=6; int buzzer=7; long duration; int distance; void setup() { pinMode(trigPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); pinMode(LED, OUTPUT); pinMode(buzzer, OUTPUT); Serial.begin(9600); LCD.begin(16,2); LCD.setCursor(0,0); LCD.print("Jarak :
"); servo.attach(12); servo.write(0); } void loop() { digitalWrite(trigPin,LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPin, LOW); duration =
pulseIn(echoPin,HIGH); distance = (duration/2)/29.1; delay(100); LCD.setCursor(0,1); LCD.print(distance); LCD.print(" cm"); delay(10); if(distance >=2 &&
distance <=20) { digitalWrite(LED,HIGH); servo.write(72); tone(buzzer,200); } else { digitalWrite(LED,LOW); servo.write(0); noTone(buzzer); } } |
Hasil pada sketch adalah sensor
ultrasonik, LCD, LED, buzzer, potensiometer, dan servomotor pada arduino
berhasil dijalankan menjadi serangkaian alat pendeteksi jarak parkir. Sensor
ultrasonik berhasil mendeteksi keberadaan dari suatu benda atau objek tertentu
yang ada di depan nya untuk keamanan jarak parkir dengan jarak lebih dari sama
dengan 2 dan kurang dari 20 dengan, sehingga jika benda mendekat kekondisi
tersebut buzzer dan LED akan menyala. Potensiometer berhasil mengatur arus yang
masuk pada LCD. LED berhasil menyala ketika jarak parkir tidak aman. Servo berhasil
sebagai penggerak dalam rangkaian pendeteksi jarak parkir yang menghasilkan
torsi dan kecepatan berdasarkan arus listrik dan tegangan yang diberikan. Kemudian
piezoelectric buzzer berhasil untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran
suara untuk mendeteksi jika jarak parkir tidak aman.
Komentar
Posting Komentar