Laporan SENSOR JARAK ULTRASONIK [PDF]

Citation preview

SENSOR JARAK ULTRASONIK Lailatul Faizah / 161810201018 / Kelompok 2 Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember e-mail : [email protected]



ABSTRAK Sensor ultrasonik merupakan salah satu komponen utama di dalam pengukuran jarak karena melalui sensor ultrasonik ini diperoleh informasi jarak yang selanjutnya akan dibaca oleh mikrokontroler dan akhirnya ditampilkan melalui peraga. Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara dan digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu objek tertentu di depannya, frekuensi kerjanya pada daerah di atas gelombang suara dari 40 KHz hingga 400 KHz. Alat ini secara umum memancarkan gelombang suara ultrasonik menuju suatu target yang memantulkan balik gelombang kearah sensor. Sistem mengukur waktu yang diperlukan untuk pemancaran gelombang sampai kembali ke sensor dan menghitung jarak target dengan menggunakan kecepatan suara dalam medium. Rangkaian penyusun sensor ultrasonik ini terdiri dari transmitter, reiceiver, dan komparator. Berdasarkan hasil praktikum didapatkan bahwa hubungan jarak dengan tegangan adalah berbanding lurus. Nilai karakterisasinya adalah sensitivitas sebesar 0.211, presisi 99.669, linieritas berdasarkan grafik yaitu 0.98, dan akurasinya sebesar 94.86%. Nilai karakteristik dari sensor jarak HC-SR-04 yang digunakan cukup bagus sehingga dapat disimpulkan bahwa sensor yang digunakan masih cukup baik. Nilai sensitivitas cukup kecil karena tegangan variasi tegangan keluaran yang terukur hanya selisih beberapa milivolt saja per 10 cm-nya.



Kata kunci: Sensor Ultrasonik, Sensor HC-SR04, Karakteristik Sensor HC-SR04,



objek atau benda tertentu didepan



Bab I. Pendahuluan Sensor



adalah



frekuensi kerja pada daerah diatas



sensor yang bekerja berdasarkan



gelombang suara dari 20 kHz hingga



prinsip pantulan gelombang suara



2 MHz. Sensor ultrasonik terdiri dari



dan digunakan untuk mendeteksi



dari dua unit, yaitu unit pemancar



keberadaan suatu objek tertentu di



dan unit penerima struktur unit



depannya, frekuensi kerjanya pada



pemancar dua kali jarak sensor



daerah di atas gelombang suara dari



dengan objek, sehingga jarak sensor



40 KHz hingga 400 KHz. Sensor



dengan



ultrasonik terdiri dari dari dua unit,



persamaan berikut:



yaitu



unit



ultrasonik



pemancar



dan



unit



objek



𝑠=



penerima. Struktur unit pemancar dan penerima sangatlah sederhana, sebuah



kristal



dihubungkan



dengan



jangkar dan hanya dengan



piezoelectric



diafragma



mekanik



dihubungkan



dapat



ditentukan



𝑣 ×𝑡 2



(1.1)



Keterangan : 𝑆 = jarak (m) 𝑣 = kecepatan suara (344m/s) 𝑡 = waktu tempuh (s)



penggetar.



Tegangan bolak-balik yang memiliki frekuensi kerja 40 KHz – 400 KHz diberikan pada plat logam. Struktur atom dari kristal piezoelectric akan berkontraksi mengembang



(mengikat), atau



menyusut



terhadap polaritas tegangan yang diberikan dan ini disebut dengan efek piezoelectric (Freden, 2004). Menurut Nasir (2009), sensor ultrasonik adalah sensor yang bekerja berdasarkan



prinsip



pantulan



gelombang suara dan digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu



Gambar 1.1 Sensor Jarak Ultrasonik



(Sumber: Tjahyadi, 2006) Menurut Tjahyadi (2006), Besar amplitudo



sinyal



dihasilkan



unit



elektrik sensor



yang



penerima



tergantung dari jauh dekatnya objek yang dideteksi serta kualitas dari sensor



pemancar



dan



sensor



penerima. Proses sensoring yang dilakukan



pada



sensor



ini



menggunakan metode pantulan untuk



akan



menghitung



melalui pin ECHO selama 100 µs



jarak



antara



sensor



mengirimkan



dengan objek sasaran. Jarak antara



hingga 18 ms,



sensor tersebut dihitung dengan cara



dengan



mengalikan setengah waktu yang



2014).



digunakan oleh sinyal ultrasonik



jarak



kerja



pengirim



memancarkan



rangkaian



diterima



penerima,



oleh



positif



yang sebanding



objek.



(Mardiana.



Menurut Salwani (1990), Prinsip



dalam perjalanannya dari rangkaian sampai



pulsa



SRF04



adalah



transmitter



seberkas



sinyal



dengan



ultrasonik (40KHz) yang bebentuk



kecepatan



rambat



dari



sinyal



pulsa, kemudian jika di depan SRF04



ultrasonik



tersebut



pada



media



ada objek padat maka receiver akan



rambat yang digunakannya, yaitu



menerima pantulan sinyal ultrasonik



udara.



tersebut. Receiver akan membaca



SRF04 adalah sensor non-kontak pengukur



jarak



menggunakan



lebar pulsa (dalam bentuk PWM) yang dipantulkan objek dan selisih



ultrasonik. Prinsip kerja sensor ini



waktu



adalah



mengirimkan



pengukuran tersebut, jarak objek di



seberkas gelombang ultrasonik, lalu



depan sensor dapat diketahui. Untuk



diukur



waktu



lebih jelasnya, perhatikan gambar 1.2



hingga



datangnya



transmitter



yang



dibutuhkan



pantulan



dari



pemancaran.



Dengan



di bawah ini :



objek. SRF04 dapat mengukur jarak dalam rentang antara 400 cm - 500 cm dengan output panjang pulsa yang sebanding dengan jarak objek. Sensor ini hanya memerlukan 2 pin I/O untuk berkomunikasi dengan



Gambar 1.2 Timing Diagram Sensor



mikrokontroler, yaitu TRIGGER dan



Ultrasonik SRF04



ECHO. Untuk mengaktifkan SRF04



(Sumber: Zuhal, 2004)



mikrokontroler mengirimkan pulsa



Pin



positif



melalui



pin



TRIGGER



minimal 10 µs, selanjutnya SRF04



dihubungkan



trigger ke



dan



echo



mikrokontroler.



Untuk memulai pengukuran jarak,



mikro akan mengeluarkan output



Bab II. Metode Percobaan



high pada pin trigger selama minimal



2.1 Rangkaian



10µS, sinyal high yang masuk tadi



A. Desain



akan



membuat



mengeluarkan Kemudian dipantulkan



SRF04



suara



ketika kembali



ini



ultrasonik. bunyi ke



yang sensor



SRF04, bunyi tadi akan diterima dan membuat keluaran sinyal high pada pin echo yang kemudian menjadi



Gambar 2.1 Rangkaian Sensor Jarak HC-SR04



inputan pada mikrokontroler. SRF04 akan memberikan pulsa 100µs -



(Sumber: Tim Penyusun, 2019)



18ms pada outputnya tergantung pada informasi jarak pantulan objek yang diterima. Lamanya sinyal high dari echo inilah yang digunakan untuk menghitungan jarak antara sensor SRF04 dengan benda yang memantulkan bunyi yang berada di depan sensor ini (Zuhal, 2004). Tujuan dari praktikum sensor jarak yaitu untuk mempelajari prinsip kerja dari ultrasonic ranging module HC-SR04. Tujuan lain yaitu untuk menguji ultrasonic ranging module HC-SR04 terhadap besaran fisis. Tujuan yaitu untuk menganalisis susunan rangkaian trainer ultrasonic ranging module HC-SR04.



B. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan pada



praktikum



sensor



jarak



ultrasonik adalah: 1. Trainer



Ultrasonic



Ranging



Module HC-SR04 berfungsi sensor jarak. 2. Power Supply (+9V) berfungsi sebagai sumber tegangan. 3. Osiloskop GOS600-G berfungsi untuk menampilkan sinyal gambar. 4. Kabel probe osiloskop berfungsi menghubungkan osiloskop dengan rangkaian. 5. Multimeter digital berfungsi untuk mengukur tegangan. 6. Tali ukur 100 cm berfungsi sebagai penghubung bahan.



7. Bidang



ukur



berfungsi



untuk



didapat berbentuk linier.



bahan yang akan diukur.



jarak



8. Kabel Jumper berfungsi sebagai



tinggi. Sensor ini dapat digunakan



penghubung antar komponen.



pula untuk pengukuran jarak jauh.



2.2 Analisis Data



Bab III. Hasil dan Pembahasan



 Karakteristik Sensor Jarak HC-



3.1 Hasil



SR04 



keakuratan



yang



Hasil yang diperoleh dari



Jangkauan deteksi: 2cm sampai



kisaran 400-500cm 



memiliki



Sensor



praktikum karakterisasi sensor jarak ultrasonik adalah sebagai berikut:



Sudut deteksi terbaik adalah 15



No



I



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10



10 20 30 40 50 60 70 80 90 100



derajat 



Tegangan kerja 5V DC







Resolusi 0,3 cm







Frekuensi Ultrasonik 40 kHz







Dapat dihubungkan langsung ke



kaki mikrokontroler



2.3 Kesimpulan yang diharapkan



Grafik



yang



didapatkan



menjelaskan bahwa semakin besar jaraknya, maka nilai tegangan output semakin besar pula. Grafik yang



4 2,15 2,72 3,08 3,41 3,48 3,60 3,69 3,72 3,85 4,03



1 2,04 2,74 3,14 3,39 3,48 3,56 3,68 3,73 3,81 4,01



V(volt) 2 2,14 2,87 3,04 3,45 3,51 3,60 3,69 3,72 3,88 4,02



V(volt) 5 6 2,04 2,17 2,77 2,81 3,05 3,06 3,40 3,41 3,47 3,57 3,62 3,58 3,68 3,68 3,72 3,73 3,82 3,87 4,05 4,02



7 2,16 2,78 3,11 3,42 3,50 3,61 3,69 3,72 3,85 4,04



3 2,13 2,79 3,12 3,45 3,50 3,61 3,70 3,75 3,82 4,05



V(volt) 9 2,18 2,79 3,05 3,42 3,52 3,62 3,68 3,75 3,89 4,07



8 2,18 2,77 3,07 3,40 3,49 3,59 3,70 3,73 3,86 4,05



No



I



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10



10 20 30 40 50 60 70 80 90 100



V rata 2,138 2,778 3,083 3,415 3,502 3,599 3,709 3,729 3,847 4,037



Referensi



10 2,19 2,74 3,11 3,40 3,50 3,60 3,90 3,72 3,82 4,03 ∆Vou t 0,017 0,013 0,011 0,007 0,009 0,006 0,021 0,004 0,009 0,006



2,138 2,989 3,294 3,626 3,713 3,810 3,920 3,940 4,058 4,248 Rata-rata Error % 0,813 0,482 0,355 0,192 0,255 0,163 0,576 0,102 0,233 0,143



sensitivitas presisi Linearitas 99,187 99,518 99,645 99,808 99,745 0,0211 0,98 99,837 99,424 99,898 99,767 99,857 rata-rata 99,669



Akurasi (%) 100,00% 92,94% 93,59% 94,18% 94,32% 94,46% 94,62% 94,64% 94,80% 95,03% 94,86%



Gambar 3.1 Grafik hubungan jarak benda dan sensor dengan tegangan keluarannya.



3.2 Pembahasan Sensor jarak ultrasonik yang digunakan merupakan sensor nonkontak pengukur jarak menggunakan ultrasonik. Transmitter mengirimkan seberkas gelombang ultrasonik, lalu diukur



waktu



yang



hingga



datangnya



dibutuhkan



pantulan



dari



objek. Jangkauan jarak yang dapat diukur dari sensor HC-SR04 yaitu



maksimal



400



cm.



Nilai karakteristik dari sensor jarak



Praktikum yang kami laksanakan



HC-SR-04 yang digunakan cukup



menggunakan variasi jarak 10 cm –



bagus sehingga dapat disimpulkan



100 cm dengan selisih jarak per 10



bahwa sensor yang digunakan masih



cm.



cukup baik. Nilai sensitivitas cukup Hasil



cm



yang



-



500



didapat



dari



kecil



karena



tegangan



praktikum adalah hubungan jarak



tegangan



antara



hanya selisih beberapa milivolt saja



sensor



dengan



objek



percobaan dan tegangan keluarannya.



keluaran



yang



variasi terukur



per 10 cm-nya.



Variasi tegangan keluaran cukup kecil hanya kisaran selisih beberapa



Bab 4. Penutup



milivolt saja. Hubungan antara jarak



4.1 Kesimpulan



benda dan sensor dengan tegangan



Kesimpulan dari praktikum



keluarannya adalah berbanding lurus.



karakterisasi sensor ultrasonik HC-



Hal



nilai



SR-04 adalah nilai tegangan yang



sebanding



terukur berbanding lurus dengan



tersebut



tegangan



terlihat



yang



dari



naik



dengan bertambahnya jarak benda



jarak



antara



objek



dan



sensor.



dengan sensor tersebut.



Semakin jauh jarak antara objek dan



Berdasarkan grafik terlihat



sensor maka tegangan keluaran yang



jelas bahwa data yang ditunjukkan



terukur juga semakin besar. Nilai



naik membuktikan bahwa hubungan



karakterisasinya adalah sensitivitas



jarak



sebesar



dengan



tegangan



adalah



Karakteristik



yang



linieritas berdasarkan grafik yaitu



didapat berdasarkan hasil praktikum



0.98, dan akurasinya sebesar 94.86%.



adalah



presisi,



Nilai karakteristik dari sensor jarak



linieritas dan akurasi. Berturut-turut



HC-SR-04 yang digunakan cukup



nilai



untuk



bagus sehingga dapat disimpulkan



karakterisasinya adalah sensitivitas



bahwa sensor yang digunakan masih



sebesar



cukup baik. Nilai sensitivitas cukup



sebanding.



nilai



sensitivitas,



yang



0.211,



didapat



presisi



99.669,



0.211,



linieritas berdasarkan grafik yaitu



kecil



karena



0.98, dan akurasinya sebesar 94.86%.



tegangan



presisi



tegangan



keluaran



yang



99.669,



variasi terukur



hanya selisih beberapa milivolt saja



Tjahyadi, C. 2006. Sensor Ultrasonik



per 10 cm-nya.



HC-SR04. Jakarta: Penerbit Erlangga. Tim



4.2 Saran Saran



untuk



praktikum



Praktikum



karakteristik sensor ultrasonik HCSR04 yaitu lingkungan rangkaian percobaan



dikondisikan



agar



intensitas ruangan sesuai dengan yang akan diuji coba. Praktikan diharapkan membaca literatur lebih banyak lagi agar siap menjalankan praktikum. Komponen yang akan digunakan harap dikalibrasi semua terlebih dahulu



DAFTAR PUSTAKA Freden, J. 2004. Handbook of Sensor. NewYork: Springer Verlag. Mardiana. 2014. Buku Ajar Sistem Sensor dan Transduser. Mataram



:



Universitas



Mataram. Nasir, Saleh. 2009. Sensor-Sensor Instrumentasi. Jakarta: Pusat Perbukuan. Salwani. 1990. Asas Elektronik Edisi 2.



Malaysia:



Universiti



Teknologi Malaysia.



Penyusun.



2019.



Modul



Instrumentasi.



Jember: Universitas Jember. Zuhal.



2004.



Prinsip



Dasar



Elektroteknik. Jakarta: PT. Gramedia Pustaka Utama.