SENSOR

Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya.

Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil dengan orde nanometer. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi.

1. JENIS SENSOR

Sensor fisika

Sensor fisika mendeteksi besaran suatu besaran berdasarkan hukum-hukum fisika. Contoh sensos fisika adalah sensor cahaya, sensor suara, sensor kimia, , sensor gaya, sensor kecepatan, dan sensor percepatan, dan sensor suhu.

Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi dari foton menjadi elektron. Idealnya satu foton dapat membangkitkan satu elektron. Sensor cahaya sangat luas penggunaannya, salah satu yang paling populer adalah kamera digital. Pada saat ini sudah ada alat yang digunakan untuk mengukur cahaya yang mempunyai 1 buah foton saja.

Di bawah ini adalah jenis-jenis sensor cahaya, di antaranya:

• Detektor kimiawi, seperti pelat fotografis, dimana mmolekul silver halida dibagi menjadi sebuah atom perak metalik dan atom halogen. Pengembang fotografis menyebabkan terbaginya molekul yang berdekatkan secara sama.

• Fotoresistor atau Light Dependent Resistor (LDR) yang berubah resistansinya ketika dikenai cahaya

• Sel fotovoltaik atau sel matahari yang menghasilkan tegangan dan memberikan arus listrik ketika dikenai cahaya

• Fotodioda yang dapat beroperasi pada mode fotovoltaik maupun fotokonduktif

• Tabung fotomultiplier yang mengandung fotokatoda yang memancarkan elektron ketika dikenai cahaya, kemudian elektron-elektron tersebut akan dikuatkan dengan rantai dynode.

• Tabung cahaya yang mengandung fotokatoda yang memancarkan elektron ketika dikenai cahaya, dan umumnya bersifat sebagai fotoresistor.

• Fototransistor menggabungkan salahsatu dari metode penyensoran di atas

• Detektor optis yang berlaku seperti termometer, secara murni tanggap terhadap pengaruh panas dari radiasi yang masuk, seperti detektor piroelektrik, sel Golay, termokopel dan termistor, tapi kedua yang terakhir kurang sensitif.

• Detektor cryogenic cuku tanggap untuk mengukur energi dari sinar-x tunggal, serta foton cahaya terlihat dan dekat dengan inframerah (Enss 2005).

contoh penggunaan Sensor cahaya dengan LDR

2. Cara Kerja Sensor Tsunami

Tsunami banyak terjadi daerah yang dekat ke pantai, yang diakibatkan oleh bergesernya lempeng bumi. Gejala terjadinya Tsunami dapat dilihat dari terjadinya arus pasang yang mengakibatkan naiknya tinggi permukaan laut. Untuk itu, di laut yang dekat dengan pantai biasanya ditempatkan sensor yang akan mendeteksi terjadinya kenaikan tinggi permukaan laut.

Secara teknis, cara kerja sensor tersebut adalah sebagai berikut:

1. Gejala awal tsunami adalah air surut melebihi batas maksimum secara mendadak baru kemudian terjadi gelombang pasang. Pada sistem ini, jika pasang surutnya air masih dalam batas garis kendali ( lihat Gambar ), maka sensor belum akan bekerja.
2. Kita harus menentukan batas maksimum air pasang maupun batas maksimum ketika surut ( dengan penelitian ).
3. Ketika terjadi tsunami, air surut melewati sensor 1. Ketika sensor 1 terlewati air, maka lampu kuning akan menyala disertai dengan alarm 1. Hal ini menandakan bahwa kemungkinan besar akan terjadi tsunami.
4. Ketika gelombang pasang terjadi, dan menyentuh sensor 2, maka lampu merah akan menyala disertai alarm 2. Hal ini menandakan telah terjadi tsunami.
5. Saat bencana tsunami terjadi, lampu kuning, lampu merah, alarm 1, dan alarm 2 akan terus menyala hingga tombol ON/OF pada stasiun pengamatan ditekan.

5.1. Prinsip Kerja Wahana Gerak Mandiri Penghindar Rintangan

Fungsi dari sistem navigasi dengan menggunakan sensor ultrasonik ini adalah bagaimana membuat kendaraan mini yang bergerak bebas pada suatu area yang dibatasi oleh sekat/dinding pemisah tanpa menyentuh sekat/dinding tersebut.

Gbr.5.1. Wahana Gerak Mandiri Penghindar Rintangan.

Seperti terlihat pada gambar di atas, terdapat 2 buah motor stepper penggerak roda utama (MT1 dan MT2) yang berfungsi untuk mengatur kecepatan dari maju-mundur sekaligus mengontrol arah dan besar dari sudut belokan dari robot mobil tersebut. Juga terdapat 3 buah sensor ultrasonik sebagai sensor jarak yang terletak di bagian depan robot mobil. Peletakan dari 3 buah sensor ultrasonik secara bersilangan dimaksudkan agar :

1. Dapat mendeteksi besarnya halangan yang berada di depannya sehingga dapat menghindari halangan tersebut dengan baik.

2. Masih mampu mendeteksi adanya belokan walaupun robot mobil sudah terlalu berdekatan dengan salah satu sisi dari jalur jalan.

3. 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.

Sistem navigasi untuk kendaraan mini ini digambarkan pada bagan dibawah ini.

Gbr.5.2. Sistem navigasi untuk wahan gerak mandiri.

Secara garis besar prinsip kerja dari navigasi robot mobil dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gbr.5.3. Prinsip kerja navigasi wahana gerak mandiri (Autonomous Mobile-vehicle).

5.2. Rancangan Mekanik

Gambar 5.4 di bawah ini menunjukkan masing-masing tampak atas dan tampak samping dari sistem wahana gerak mandiri. Nampak rangkaian elektronika berupa rangkaian sensor dan kontroler terpasang pada punggung wahana. Sistem mekatronika tersebut digerakkan oleh 2 buah motor stepper yang masing-masing memutar roda kiri dan roda kanan.

TAMPAK SAMPING

Gbr.5.4. Prototipe rancangan mekanik badan wahana gerak mandiri.

5.3. Rancangan Rangkaian Elektronika dan Kontroler

5.3.1. Rangkaian Sensor

Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar frekuensi diatas frekuensi gelombang suara yaitu lebih dari 20 KHz. Seperti telah disebutkan bahwa sensor ultrasonik terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonik yang disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonik yang disebut receiver. Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik. Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya memberikan perintah kepada robot agar bergerak menjauhi penghalang tersebut sesuai dengan algoritma program mikrokontroler yang dibuat, seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

Gbr.5.5. Prinsip kerja sensor ultrasonik

Gbr.5.6. Rangkaian Pemancar Ultrasonik

a. Pemancar Ultrasonik (Transmitter)

Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonik dan sinyalnya difokuskan melalui sebuah corong/pipa. Pada penggunaannya, akan digunakan 3 buah pemancar yang masing-masing mengirimkan sinyal dengan frekuensi yang berbeda-beda.

b. 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).

Gbr. 5.7. Rangkaian Penerima ultrasonik.

Cara Kerja Rangkaian Sensor Getar

---

Kedatangan orang yang tidak diundang memang tidak disangka dan kemampuannya semakin canggih pula. Namun kehadiran tamu tak diundang ini tidak bisa tanpa menyebabkan getaran paling tidak cukup untuk digunakan sebagai trigger sensor getaran ini.

Rangkaian sensor getaran ini dibuat sangat sederhana dan dimungkinkan untuk digunakannya baterai sebagai sumber tenaga listriknya. Selain rancangannya yang sangat sederhana, rangkaian ini juga sangat kecil menggunakan arus listrik.

Cara Kerja Rangkaian
Sensor untuk rancangan rangkaian ini diambil dari komponen yang mudah didapatkan. Sensornya hanya berupa sebuah speaker dengan diameter 2 inch. Prinsip kerjanya sangat sederhana yaitu membalik proses kerja daari proses kerja speaker biasa.

Gambar 1

Ide Penggunaan Speaker sebagai Sensor Getaran

Speaker jika terminal-terminalnya mendapatkan sinyal seperti pada gambar 1 sebelah kiri maka akan menghasilkan output berupa getaran pada membran dan menyebabkan terbentuknya bunyi.

Sebaliknya pada saat speaker ini digunakan sebagai sensor, lapisan membran pada speaker berfungsi sebagai detektor getaran. Ketika ada getaran datang pada membran, maka membran ini juga akan ikut bergetar (beresonansi). Bergetarnya membran akan mengakibatkan lilitan membran akan bergerak relatif terhadap inti magnet tetap dan menghasilkan sinyal listrik.

Pembatasan daerah resonansi pada membran perlu diatur agar membran tidak akan merespon getaran dengan frekunsi yang tidak dinginkan. Di dalam proyek ini, membran dibuat sedemikian hingga hanya merespon pada frekuensi rendah karena getaran langkah/benda pada frekuensi rendah. Untuk menurunkan respon pada speaker digunakan penambahan material yang bersifat menyerap sinyal/getaran frekuensi tinggi seperti pemberian lapisan spon pada daerah di sekitar membrannya. Penambahan ini harus dilakukan dengan hati-hati agar speaker tetap dapat merespon getaran dengan baik.

Untuk memperkuat sinyal yang dihasilkan dari speaker ini digunakan opamp CA3094. Dasar pemilihan transistor ini adalah karena yang sinyal yang dihasilkan oleh speaker amplitudonya dan arusnya sangat lemah. Untuk mengatasi hal tersebut dengan hanya menggunakan sebuah opamp maka harus digunakan opamp yang mempunyai karakteristik transconductance amplifier. Kelebihan dari IC opamp ini adalah gain nya bisa dikontrol sehingga CA3904 ini biasanya dikatakan sebagai programmable transconductance amplifier. Pada output CA3094 diumpankan pada sebuah rangkaian monostabil yang mengatur lama bunyi dari buzzer.

Ketika terdapat getaran pada membran maka speaker akan menghasilkan sinyal dengan amplitudo yang sangat kecil. Sinyal ini dikuatkan sehingga menyebabkan tegangan di pin 1 pada logika ‘1’. Kondisi ini menyebabkan adanya feedback melalui transistor 2N4403 dan dioda 1N914. Karena transistor 2N4403 ‘ON’ dan menghasilkan feedback maka tegangan pada basis 2N4401 naik dan menyebabkan transistor ini ‘ON’ pula kemudian juga mengaktifkan rangkaian monostable.

Dengan ‘ON’-nya transistor 2N4401 maka terdapat arus yang mengalir melalui buzzer kemudian transistor 2N4401. Kondisi ini akan mengakibatkan buzzer berbunyi sampai rangkaian monostabil kembali dalam kondisi reset.

!– google_ad_client = “pub-1394550330977122”; google_ad_width = 234; google_ad_height = 60; google_ad_format = “234x60_as”; google_ad_type = “text_image”; //2007-05-31: elektronika google_ad_channel = “7593794115”; google_color_border = “FFFFFF”; google_color_bg = “ffffff”; google_color_link = “999999”; google_color_text = “999999”; google_color_url = “2ba94f”; //–><br />

Gambar 2

Rangkaian Lengkap Detektor Getaran

Penempatan posisi sensor dan cara penempatannya berpengaruh pada kepekaan dari rangkaian ini. Untuk memperluas daerah kerja maka mikrophone dapat diletakkan di atas sebuah pipa PVC yang telah diisi material tertentu dan kemudian pipa PVC ini ditanam di dalam tanah. Semakin panjang pipa PVC yang ditanam maka semakin baik pula kerja dari sensor ini. Panjang pipa PVC yang digunakan sekitar 1 meter. Dengan adanya pipa PVC ini maka getaran yang ditimbulkan akan bergerak/merambat melalui material di dalam pipa PVC dan akhirnya sampai dipermukaan pada sensor proyek ini.