Parkir Otomatis menggunakan Sensor Ultrasonic dan Optocoupler
- Mengetahui dan memahami sensor ultrasonik dan optocoupler
- Mampu menjelaskan prinsip kerja sensor ultrasonik dan optocoupler
- Mampu mensimulasikan aplikasi rangkaian sensor ultrasonic dan optocoupler
A. Alat
1) DC Voltmeter
B. Bahan
1) Sensor Ultrasonik
Sensor HC-SR04 memiliki spesifikasi sebagai berikut :
Tegangan : 5V DC
Arus statis : < 2mA
Level output : 5v – 0V
Sudut sensor : < 15 derajat
Jarak yg bisa dideteksi : 2cm – 450cm (4.5m)
Tingkat keakuratan : up to 0.3cm (3mm)
Pada grafik diatas terlihat bahwa hasil pengukuran sensor ultrasonik ini tidak linier. Hasil pengukuran ini tidak linier ini disebabkan karena sensor ini sangat peka terhadap perubahan sudut pantulan. Sedikit saja posisi sudut sensor dengan halangan didepannya bergeser, maka tegangan output akan berkurang.
2) Sensor Optocoupler
3) Resistor
Grafik Respon:
4) IC Op-Amp
Konfigurasi pin
1. Pin1 & Pin5 (Offset N1 & N2) : Pin untuk mengatur tegangan offset jika perlu
2. Pin2 (IN-) : Pin inverting dari Op Amp
3. Pin3 (IN +) : Pin Non inverting Op Amp
4. Pin4 (Vcc-) : Pin ini terhubung ke ground jika tidak rel negatif
5. Pin6 (Output) : Output daya pin Op-amp
6. Pin7 (Vcc +) : Pin ini terhubung ke + ve rail dari supply tegangan
7. Pin8 (NC) : Tidak ada koneksi
Spesifikasi bahan
Spesifikasi:
- Type - NPN
- Collector-Emitter Voltage: 35 V
- Collector-Base Voltage: 35 V
- Emitter-Base Voltage: 5 V
- Collector Current: 2.5 A
- Collector Dissipation - 10 W
- DC Current Gain (hfe) - 100 to 200
- Transition Frequency - 160 MHz
- Operating and Storage Junction Temperature Range -55 to +150 °C
- Package - TO-126
Grafik Respon:
Spesifikasi:
Konfigurasi pin :
Grafik Respon:
10) Motor DC
Konfigurasi pin:
Pin 1 : Terminal 1
Pin 2 : Terminal 2
Spesifikasi:
1) Sensor Ultrasonik
Sensor Ultrasonik adalah sensor untuk mengubah suara (gelombang ultrasonik) menjadi arus listrik dan sebaliknya. Gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui piezoelektrik yang pada umumnya berfrekuensi 40kHz. Prinsip kerjanya yaitu dengan mengirimkan (suara) gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu ke depan oleh Trigger (pengirim sinyal suara). Lalu, ketika ada objek yang melewati gelombang tersebut, maka suara tersebut akan terpantul dan kembali ke Echo (penerima sinyal suara). Kemudian, sensor akan menghitung selisih waktu ketika sinyal dikirim dengan waktu ketika sinyal kembali.
Pemilihan HC-SR04 sebagai sensor jarak yang akan digunakan pada alat ini karena memiliki fitur sebagai berikut; kinerja yang stabil, pengukuran jarak yang akurat dengan ketelitian 0,3 cm, pengukuran maksimum dapat mencapai 4 meter dengan jarak minimum 2 cm, ukuran yang ringkas dan dapat beroperasi pada level tegangan TTL. Timing diagram pengoperasian sensor ultrasonik HC-SR04 diperlihatkan pada Gambar.
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.
a. Pemancar Ultrasonik (Transmitter)
Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut :
· Sinyal 40 kHz dibangkitkan melalui mikrokontroler.
· Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor.
· Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor.
· Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.
· Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.
· Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak – balik dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d - 2,5 V).
b. Penerima Ultrasonik (Receiver)
Prinsip kerja rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut:
· Pertama – tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor penguat Q2.
· Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1.
· Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2.
· Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4.
· Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3.
· Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya.
2. Optocoupler
Optocoupler juga dikenal dengan sebutan
Opto-isolator, Photocoupler atau Optical Isolator. Optocoupler adalah komponen
elektronika yang berfungsi sebagai penghubung berdasarkan cahaya optik. Pada
dasarnya Optocoupler terdiri dari 2 bagian utama yaitu Transmitter yang
berfungsi sebagai pengirim cahaya optik dan Receiver yang berfungsi sebagai
pendeteksi sumber cahaya.
Masing-masing bagian Optocoupler (Transmitter dan Receiver) tidak memiliki hubungan konduktif rangkaian secara langsung tetapi dibuat sedemikian rupa dalam satu kemasan komponen.
3. Resistor
Resistor merupakan salah satu komponen yang digunakan dalam sebuah sirkuit atau rangkaian elektronik. Resistor berfungsi sebagai resistansi/ hambatan yang mampu mengatur atau mengendalikan tegangan dan arus listrik rangkaian. Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan hukum Ohm :
Penjelasan pita sensor
4. Op-Amp
Berfungsi sebagai penguat atau pembanding tegangan input dengan output.
Karakteristik IC OpAmp
· Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
· Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
· Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
· Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
· Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
· Karakteristik tidak berubah dengan suhu
Bentuk gelombang :
5. Speaker
Speaker adalah Transduser yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi Frekuensi Audio (sinyal suara) yang dapat didengar oleh telinga manusia dengan cara mengetarkan komponen membran pada Speaker tersebut sehingga terjadilah gelombang suara.
6. LED
Light Emitting Diode atau LED merupakan sebuah komponen yang menghasilkan cahaya monokromatik ketika diberi tegangan. LED terbuat dari semikonduktor dan perbedaan warna yang dihasilkan disebabkan perbedaan bahan semikonduktor yang digunakan.
7. Transistor NPN
NPN artinya tipe transistor yang bekerja atau mengalirkan arus negatif dengan positif sebagai biasnya. Transistor NPN mengalirkan arus negatif dari kaki emitor ke kolektor. Emitor berperan sebagai input dan kolektor berperan sebagai output apabila transistor diberikan arus positif pada basisnya.
· Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.
· Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.
· Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.
8. Relay
Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi.
Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :
- Electromagnet (Coil)
- Armature
- Switch Contact Point (Saklar)
- Spring
9. Dioda
Dioda (Diode) adalah komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan digunakan untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.
10. Motor DC
Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah., maka secara otomatis sensor akan bekerja.
11. Logic State
Logic State adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik.
12. DC Voltmeter
Sebuah voltmeter DC mengukur beda potensial antara dua titik dalam sebuah rangkaian DC kemudian dihubungkan paralel dengan sebuah sumber tegangan atau komponen rangkaian
4. Percobaan
A. Prosedur Percobaan[kembali]
- Pahami datasheet setiap komponen/bahan sebelum membuat rangkaian.
- Persiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.
- Buatlah rangkaian seperti yang ada pada gambar rangkaian simulasi.
- Cobalah mensimulasikan rangkaian yang dibuat hingga rangkaian tersebut bisa berjalan tanpa error.
B. Simulasi Rangkaian[kembali]
Prinsip Kerja
Pada saat sensor ultrasonik berlogika 1 transistor yang terhubung pada kaki trigger pada sensor ultrasonik akan menyala yang menandakan bahwa adanya suatu benda yang menghalangi sensor. Lalu setelah diterima oleh sensor ultrasonik maka tegangan akan dikeluarkan di kaki echo dan diperkuat oleh op-amp (amplifier non inverting) lalu tegangan yang dikeluarkan dari op-amp masuk ke kaki basis pada transistor. Karena besar tegangan transistor >0,7 volt maka transistor aktif. Maka kaki kolektor mendapat tegangan pada power supply dan tegangan pada kaki emitor akan diteruskan ke optocoupler. Pada optocoupler tegangan masuk ke pin 1 dan dikeluarkan melewati pin 2 menuju resistor dan melewati led, karena pada pin 1 aktif maka led dapat menyala. Lalu power suply R1 melewati resistor dan masuk ke pin 5 dan dikeluarkan melalui kaki pin 4 lalu di teruskan ke ground. Arus melewati resistor lalu masuk ke kaki basis trasnsistor. Karena besar tegangan transistor >0,7 volt maka transistor aktif, pada kaki emitor trasnsitor melewati diode dan relay. Karena tegangan yang dilalui relay tidak mencapai tegangan minimum untuk menghidupkan relay maka switch pada relay off, motor tidak berputar dan speaker menjadi off.
Pada saat sensor ultrasonik berlogika 0 transistor yang terhubung pada kaki trigger pada sensor ultrasonik tidak menyala yang menandakan bahwa tidak adanya benda yang menghalangi sensor. Maka tegangan yang dikeluarkan nol sehingga led tidak menyala. Tetapi pada power suply R1 melewati resistor dan masuk ke pin 5 dan dikeluarkan melalui kaki pin 4 lalu di teruskan ke ground. Arus melewati resistor lalu masuk ke kaki basis trasnsistor. Karena besar tegangan transistor >0,7 volt maka transistor aktif, pada kaki emitor trasnsitor melewati diode dan relay. Karena tegangan yang dilalui relay mencapai tegangan minimum untuk menghidupkan relay maka switch pada relay menjadi on, motor berputar dan speaker menjadi on.
C. Video[kembali]
D. Download[kembali]
- Materi >> klik disini
- HTML >> klik disini
- Rangkaian >> klik disini
- Video >> klik disini
- Datasheet Sensor Ultrasonik >> klik disini
- Datasheet Sensor Optocoupler >> klik disini
- Datasheet Relay >> klik disini
- Datasheet Resistor >> klik disini
- Datasheet Transistor 2N1711 >> klik disini
- Datasheet Op-Amp >> klik disini
- Datasheet LED >> klik disini
- Datasheet Motor DC >> klik disini
- Datasheet Dioda >> klik disini
- Library Sensor Ultrasonik >> klik disini
Tidak ada komentar:
Posting Komentar