Ultrasonik merupakan sensor yang bekerja berdasarkan prinsip
pantulan gelombang suara dan dapat digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu
objek tertentu di depannya serta dapat mendeteksi jarak benda tersebut dari
dirinya. Frekuensi kerjanya pada daerah di atas gelombang suara, yaitu dari 40
kHz hingga 400 kHz.
Sensor ultrasonik pada umumnya terdiri dari dua unit, yaitu unit
pemancar dan unit penerima.Untuk mengukur jarak menggunakan sesor ultrasonik,
proses sensoring yang dilakukan pada sensor menggunakan metode pantulan antara
sensor dengan objek yang dituju. Pemancar akanmemancarkan gelombang ultrasonik,
dan penerima akan menerima pantulan gelombang ultrasonic yang telah dikeluarkan
oleh pemancar. Delay waktu saat pemancar memberikan gelombang ultrasonic dan
penerima menerima pantulan gelombang dapat memberikan data jarak dari suatu
objek.
Gambar 1.1
Prinsip kerja sensor ultrasonik
Dalam trainer Ultrasonic Ranging Module HC-SR04 selain menggunakan
ultrasonik, diperlukan komponen-komponen lain untuk mendukung kinerja dari
sensor ultrasonic.Komponen-komponen tersebut yaitu:
1.
NE555
Gambar 1.2 Konfigurasi kaki
NE555
Aplikasi utama dari IC NE555 digunakan sebagai timer
(pewaktu) dan pembangkit pulsa dengan operasi rangkaian monostabil, astabil,
dan pembagi frekuensi.Pada trainer ultrasonic
ranging module HC-SR04 NE555 digunakan sebagai pemicu sinyal ultrasonik.Berikut
fungsi dari masing-masing kaki IC NE555:
Tabel 1.1 Fungsi masing-masing
kaki IC NE555
1
|
Ground (0V), adalah
pin input dari sumber tegangan DC paling negatif
|
2
|
Trigger, input
negative dari lower komperator (komporator B) yang menjaga osilasi tegangan
terendah kapasitor pada 1/3 VCC dan mengatur RS flip-flop
|
3
|
Output, pin keluaran
dari IC NE555
|
4
|
Reset, adalah pin
yang berfungsi untuk mereset latch didalam IC yang akan berpengaruh untuk
mereset 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 refrensi input negative
(komparator A), pin ini bisa dibiarkan tergantung (diabaikan), tetapi untuk
menjamin kestabilan refrensi komporator A, biasanya dihubungkan dengan
kapasitor berorde sekitar 10nF ke pin ground.
|
6
|
Threshold, pin ini
terhubung ke input positif (komporator A) yang akan mereset 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
|
Gambar berikut merupakan bentuk output astabil IC
NE555
Gambar 1.3 Output astabil NE555
Untuk memperoleh output berupa gelombang
seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.2, NE555 perlu dirangkai seperti berikut
Gambar 1.4 Rangkaian stabil menggunakan NE555
Cara kerja dari IC NE555 yaitu, ketika tegangan yang
diterima oleh IC dalam keadaan hidup, tegangan pada kapasitor sebesar 0V dan
tegangan keluaran dari NE555 adalah sama dengan tegangan yang diterima yaitu
5V. Kapasitor akan mulai mengisi dengan besar tegangan sama dengan tegangan
keluaran. Ketika tegangan pada kapasitor sebesar 2/3 dari VCC, maka output yang
berupa sinyal akan berubah menjadi 0V. Karena output sebesar 0V, maka akan terjadi pengosongan pada
kapasitor. Ketika tegangan pada kapasitor menurun pada 1/3 dari VCC, output
berupa sinyalakan kembali tinggi. Kejadian tersebut akan terjadi secara
berulang.
Untuk memperoleh sinyal pemicusesuai dengan
yang diperlukan oleh ultrasonik, menggunakan rumus sebagai berikut:
2.
LM7805
Pada trainer ultrasonic
ranging module HC-SR04 digunakan regulator LM7805step
down. Penggunaan LM7805 bertujuan untuk menghasilkan
tegangan 5VDC dengan stabil. Nilai tegangan maksimum yang dapat diterima oleh
LM7805 adalah 20V, sedangkan tegangan minimum yang dapat diterima oleh LM7805
sebesar 7,5V. Meskipun tegangan keluaran dari 7805 berbeda dengan tegangan
masukannya, arus yang dihasilkan sama dengan arus yang dimasukan pada LM7805.
Apabila tegangan yang diberikan pada LM7805 berada
pada di atas 10V, sebaiknya diberikan pendingin pada LM7805. Hal ini
dikarenakan daya yang dibuang oleh LM7805 dapat membuat LM7805 menjadi cepat
panas. Untuk konfigurasi kaki, kaki pertama merupakan tegangan masukan dari
LM7805, dan kaki kedua merupakan output tegangan dari LM78-5.
Gambar 1.5 LM7805
3. Ultrasonic Ranging Module HC-SR04
Ultrasonik
merupakan sensor yang bekerja berdasarkan prinsip
pantulan gelombang suara dan dapat digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu
objek tertentu di depannya serta dapat mendeteksi jarak benda tersebut dari
dirinya. Frekuensi kerjanya pada daerah di atas gelombang suara, yaitu dari 40
kHz hingga 400 kHz. Sesuai dengan nama trainer, sensor ultrasonik yang
digunakan ialah ultrasonic ranging module
HC-SR04.
Modul sensor ultrasonik yang digunakan dapat mengukur
jarak sejauh 400 cm. Sensor akan bekerja apabila menerima tegangan sebesar 5V dan
pemicu yang sesuai dengan kebutuhannya. Karena modul sensor ultrasonik tidak
akan aktif apabila menerima tegangan di bawah 5V atau di atas 5V maka digunakan
LM7805 untuk memberikan tegangan kepada modul sensor ultrasonik.Cara kerja dari
modul sensor ultrasonik adalah:
a. trigger modul sensor ultrasonik menerima sinyal pemicu
dengan tonminimal 10µs dan
periode sinyal pemicu sebesar 60ms.
b. modul sensor ultrasonik akan memancarkan sinyal dengan
frekuensi sebesar 40kHz melalui pemancar sensor.
c. modul sensor ultrasonik akan menerima pantulan sinyal
yang telah dikirimkan oleh pemancar sensor. Pantulan sinyal yang diterima
memiliki frekuensi yang sama dengan yang dipancarkan sebelumnya yaitu 40kHz.
d. jarak benda yang menjadi pemantul sinyal pada saat
mengukur jarak dapat diketahui dari delay waktu sensor menerima pantulan
sinyal. Semakin lama delay waktu yang ada, semakin jauh jarak benda yang
diukur.
Untuk
mengetahui jarak benda yang telah diukur menggunakan modul sensor ultrasonik dapat
diketahui menggunakan rumus:
Nilai ton
dapat diperoleh dari mengalikan jumlah kotak pada layar osiloskop pada saat
sinyal on dengan skala time/div pada osiloskop.
Gambar 1.6 Modul
Sensor ultrasonic
Gambar Skema
Rangkaian
Sumber : Modul Praktikum Sensor Ultraonik
Pend. Teknik Elektro UM