LANDASAN TEORI
2.1 Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonik adalah sensor yang 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. 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.
Kontraksi yang terjadi diteruskan ke diafragma penggetar sehingga terjadi gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke udara (tempat sekitarnya). Pantulangelombang ultrasonik akan terjadi bila ada objek tertentu dan pantulan gelombang ultrasonik akan diterima kembali oleh unit sensor penerima. Selanjutnya unit sensor penerima akan menyebabkan diafragma penggetar akan bergetar dan efek piezoelectric menghasilkan sebuah tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang sama. Untuk lebih jelas tentang prinsip kerja dari sensor ultrasonik dapat dilihat prinsip dari sensor ultrasonic pada gambar 2.2 berikut :
Gambar 2.2 Prinsip kerja sensor ultrasonik1
Besar amplitudo sinyal elekrik yang dihasilkan unit sensor 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 menghitung jarak antara sensor dengan obyek sasaran. Jarak antara sensor tersebut dihitung dengan cara mengalikan setengah waktu yang digunakan oleh sinyal ultrasonik dalam perjalanannya dari rangkaian pengirim sampai diterima oleh rangkaian penerima, dengan kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya, yaitu udara.
Terdapat 2 jenis sensor ultraonik yang beredar di pasaran yaitu :
1 Sensor ultrasonik ping ( parallax )
2.Sensor ultrsonik defantech ( SRF 04 ranger )
2.1.1 Sensor Jarak Ultrasonik Ping
Sensor jarak ultrasonik ping adalah sensor 40 khz produksi parallax yang banyak digunakan untuk aplikasi atau kontes robot cerdas. Kelebihan sensor ini adalah hanya membutuhkan 1 sinyal ( SIG ) selain jalur 5 v dan ground.
Sensor PING mendeteksi jarak objek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik ( 40 KHz ) selama t = 200 us kemudian mendeteksi pantulannya. Sensor PING memancarkan gelombang ultrasonik sesuai dengan kontrol dari mikrokontroller pengendali ( pulsa trigger dengan tout min 2 us ).
Spesifikasi sensor ultrasonik PING:
1 Kisaran pengukuran 3 cm – 3 m
2. Input trigger – positive TTL pulse, 2 us min, 5 us tipikal
3. Echo hold off 750 us dari of trigger pulse
4. Delay before next measurement 200 us
5. Brust indikator LED menampilkan aktivitas sensor
Gelombang ini melalui udara dengan kecepatan 344 m/s kemudian mengenai obyek dan memantul kembali ke sensor. Ping mengeluarkan pulsa output high pada pin SIG setelah memancarkan gelombang ultrasonik dan setelah gelombang pantulan terdeteksi Ping akan membuat output low pada pin SIG. Lebar pulsa High (tIN) akan sesuai dengan lama waktu tempuh gelombang ultrasonik untuk 2x jarak ukur dengan obyek. Maka jarak yang diukur ialah [(tIN s x 344 m/s) : 2] meter.
Sistem minimal mikrokontroller ATMega 8535 dan software basic stamp Editor diperlukan untuk memprogram mikrokontroller dan mencoba sensor ini. Keluaran dari pin SIG ini yang dihubungkan ke salah satu port di kit mikrokontroller. Berikut contoh aplikasi sensor PING pada mikrokontroler BS2, dimana pin SIG terhubung ke pa pin7, dan memberikan catu daya 5V dan ground. fungsi SIGOUT untukmentrigger ping, sedangkan fungsi SIGIN digunakan untuk mengukur pulsa yang sesuai dengan jarak dari objek target.
2.1.2 Sensor Jarak Ultrasonik Devantech SRF04
Sensor jarak merupakan sensor yang wajib ada pada robot terkini. Devantech SRF04 adalah salah satu sensor jarak yang paling banyak digunakan pada kontes robot di indonesia selain ping Devantech. SRF04 ultrasonik range finder memberikan informasi jarak dari kisaran 3 cm – 3 m. Harga sensor ini tidak lebih dari Rp 360.000,00. Anda juga dapat membeli SRF05 yang harganya lebih murah dibandingkan SRF04 dengan kualitas yang tidak jauh berbeda.
Kit ini sangat mudah untuk dirangkai dan membutuhkan sumber daya yang kecil sekali, yang sangat ideal untuk aplikasi mobil robot pencari jarak ini bekerja dengan cara memancarkan pulsa suara dengan kecepatan suara ( 0,9 ft/milidetik ).
2.1.3 Instalasi Sensor Ultrasonic Ping
Sensor ultrasonic ping akan bekerja jika mendapat suplay tegangan sebesar 5 V DC. dimana tegangan 5 V DC dihubungkan dengan konektor Vcc dan ground pada sensor. Untuk konektor SIG dapat dihubungkan dengan mikrokontroler. Konektor SIG adalah sebagai control sensor ini dalam pendeteksian objek sekaligus pembacaan jarak objek dengan sensor ini. progamer dapat mensetting sensor ini dengan jarak yang telah ditentukan sesuai dengan ring deteksi dari sensor ultrasonic ping ini sesuai dengan kebutuhan penggunaan dari sensor tersebut. Ketika sensor disetting jaraknya maka dengan jarak yang telah ditentukanlah sensor akan bekerja dalam pendeteksian objek. Kisaran jarak yang dapat di baca sensor ultrasonic ping ini adalah 3 cm sampai 3 m.
Selain range jarak antara 3 cm sampai 3 m yang mampu dideteksi oleh sensor ultrasonik ping, sudut pancaran dari sensor jarak ultrasonic ping adalah dari 0o sampai dengan 30o
2.1.4 Prinsip Dasar dari Navigasi Robot
Motor roda yang terpasang pada bagian belakang dari robot mobil dipakai untuk mengatur kecepatan dari gerak maju / mundur robot mobil, sedangkan motor setir digunakan untuk mengontrol arah dan besar dari sudut belokan. Ada 3 buah sensor ultrasonik sebagai sensor jarak yang diletakkan di bagian depan dari robot mobil.
Peletakan sensor ultrasonik secara bersilangan dimaksudkan agar :
a. Dapat mendeteksi besarnya halangan yang berada didepannya sehingga dapat menghindari halangan tersebut dengan baik.
b. Masih mampu mendeteksi adanya belokan walaupun robot mobil sudah terlalu berdekatan dengan salah satu sisi dari jalur jalan.
c. Pendeteksian terhadap adanya belokan dari jarak yang masih jauh lebih baik karena mempunyai sudut pantulan yang lebih kecil jika dibandingkan dengan jika dipasang secara tidak bersilangan.
