Sensor Ultrasonik

Sensor Ultrasonik adalah alat elektronika yang kemampuannya bisa mengubah dari energy listrik menjadi energy mekanik dalam bentuk gelombang suara ultrasonic. Sensor ini terdiri dari rangkaian pemancar Ultrasonic yang dinamakan transmitter dan penerima ultrasonic yang disebut receiver. Alat ini digunakan untuk mengukur gelombang ultrasonic. Gelombang ultrasonic adalah gelombang mekanik yang memiliki cirri-ciri longitudinal dan biasanya memiliki frekuensi di atas 20 Khz. Gelombong Utrasonic dapat merambat melalui zat padat, cair maupun gas. Gelombang Ultrasonic adalah gelombang rambatan energi dan momentum mekanik sehingga merambat melalui ketiga element tersebut sebagai interaksi dengan molekul dan sifat enersia medium yang dilaluinya.

Prinsip kerja dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut :

1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.
2. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonik.
3. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus :
4.  S = V.t/2
5. Ket, S  = jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul
6.         V = Kecepatan bunyi
7. T = selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik.
8. 
   
9. Sensor Ultrasonik terdiri dari 2 unit yaitu :
   ·         Pemancar Ultrasonik (Transmitter)
      Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonik. 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)
   ·         Penerima Ultrasonik (Receiver)
      Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini adalah high (logika ‘1’) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah low (logika’0’). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler).

                           

                 Gambar Sensor Ultrasonik

        Ada beberapa penjelasan mengenai gelombang ultrasonic. Sifat dari gelombang ultrasonik yang melalui medium menyebabkan getaran partikel dengan medium aplitudo sama dengan arah rambat longitudinal sehingga menghasilkan partikel medium yang membentuk suatu rapatan atau biasa disebut Strain dan tegangan yang biasa disebut Strees. Proses lanjut yang menyebabkan terjadinya rapatan dan regangan di dalam medium disebabkan oleh getaran partikel secara periodic selama gelombang ultrasonic lainya. Gelombang ultrasonic merambat melalui udara dengan kecepatan 344 meter per detik, mengenai obyek dan memantul kembali ke sensor ultrasonik. Seperti yang telah umum diketahui, gelombang ultrasonik hanya bisa didengar oleh makhluk tertentu seperti kelelawar dan ikan paus. Kelelawar menggunakan gelombang ultrasonic untuk berburu di malam hari sementara paus menggunakanya untuk berenang di kedalaman laut yang gelap.

     

       Contoh Aplikasi :

    Sensor ultrasonic banyak digunakan di berbagai perangkat pengukur jarak. sebagai contoh di dunia robotika sensor ini digunakan sebagai indra utama untuk navigasi robot. sebagai contoh tipe ultra sonic yang banyak digunakan adalah tipe SRF, dan PING pada perinsipnya sensor jarak ultra sonic menggunakan prinsip kerja yang sama, yaitu pngirim sinyal dan penerima sinyal (transmitter and receiver). sensor ini bekerja pada frequency 40 Khz.

      

         Ide Pengembangannya:

     

     Aplikasi Sensor Ultrasonik untuk Pendeteksi Jarak Mobil Menggunakan Tampilan LCD.

     

    Alat pengukur jarak dengan ultrasonik dapat memberitahukan jarak saat ini terhadap benda dengan menggunakafi microcontroller.. Alat pengukur jarak ini

 menggunakan sensor ultrasonic sehingga dapat menggantika alat ukur analog. Dimana

 sensor ultrasonic ini memanfaatkan sifat gelombang suara. Sifat dari gelombang suara iniadalah mernantul apabila mengenai benda penghalang.

 Alat pengukur jarak ultrasonik digital ini bekerja pada frekuensi 40 kllz ,

 dengan menggunakan sensor ultrasonik PING, prinsip kerja dari alat ini adalah

 menghitung selartg waktu antara saat pulsa ultrasonic dipancarkan dan saat pulsa

 ultrasonic diterima. Selang waktu ini merupakan sebuah data yang akan diolah oleh

 microcontro!1er untuk dijadikan suatu besaran jarak dalam satuan centimeter.

 Alat ukur jarak berbasis microcontroller AT89S51 yang dapat menampilkan

 hasil pengukuran sampai 6 digit angka dalam satuan centimeter dengan akurasi alat 0-

 2 cm, presisi 0-0,06 serta resolusi alat ukur sebesar satu mikrometer. Alat yang

 dirancang dapat menjangkau jarak pengukuran sampai dengan 300 cm dengan jarak

 minimal pengukuran 3 cm.