BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Pada era globalisasi saat ini, telah banyak alat-alat canggih yang telah tercipta salah

satunya sensor dan tranduser yang digunakan oleh manusia untuk membantunya dalam

kehidupan sehari-hari. Rotary encoder merupakan sensor yang banyak digunakan oleh

peralatan perindustrian, perkantoran bahkan dalam kehidupan sehari – hari.

Sensor ini mendeteksi piringan yang berputar dengan kecepatan tertentu lalu

dilakukan proses pembaacaan kode yang ada pada permukaan piringan tersebut. Karena

mendeteksi perputaran, hal tersebut juga dimanfaatkan oleh banyak alat untuk melakukan

suatu pengukuran terutama dalam pengukuran kecepatan dan penentu posisi serta arah.

Diharapkan dengan makalah presentasi tetang sensor rotary encoder ini kita bisa mengerti apa

itu sensor rotary encoder, bagaimana cara kerjanya dll.

B. TUJUAN

Adapun tujuan dari makalah yang membahas dari sensor rotary encoder ini yaitu :

1. Untuk mengetahui pengertian rotary encoder.

2. Untuk memahami prinsip kerja rotary encoder baik secara teori maupun secara

matematis.

3. Untuk mengetahui aplikasi rotary encoder dalam kehidupan sehari-hari.

C. BATASAN MASALAH

Berdasarkan uraian dari latarbelakang diatas, penulis akan membatasi masalah yang

akan dibahas pada makalah ini. Adapun masalah yang akan di bahas adalah :

1. Pengertian rotary encoder

2. Prinsip kerja rotary encoder baik secara teori maupun secara matematis.

3. Aplikasi dari rotary encoder.

Page1

BAB II

TEORI DASAR

Sensor adalah suatu alat untuk mendeteksi sutau besaran fisis, temperature,

gaya,tekanan, aliran fluida level fluida, kelembaban, dan lain - lain.

Sensor merupakan perluasan / peningkatan kemampuan untuk memperoleh informasi tentang

kuantitas fisik yang tidak bisa diperoleh oleh indra manusia karena keterbatasan dan

kekurang telitian yang dimiliki manusia.

Sedangkan transduser adalah suatu alat untuk mentransformasikan suatu besaran fisik

ke besaran fisik lainnya atau dari energi satu ke energi lainnya yang bersesuaian

Input-transduser (phisical/elekctrical signal) dan output transduser (electrical signal/display

atau actuator.

Kehadiran besar sistem digital untuk pemrosesan informasi dan tampilan dalam

sistem pengukuran dan kontrol membuat sensor digital sangat menarik. Karena output

mereka secara langsung dalam bentuk digital, mereka hanya memerlukan sangat sinyal

pengkondisian sederhana dan sering kurang rentan terhadap elektromagnetik interferensi dari

sensor analog. Kelompok ini mencakup encoders posisi.

Rotary encoder adalah divais elektromekanik yang dapat memonitor gerakan dan

posisi. Rotary encoder umumnya menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial pulsa

yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah. Sehingga posisi sudut suatu poros

benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk

diteruskan oleh rangkaian kendali. Rotary encoder umumnya digunakan pada pengendalian

robot, motor drive, dsb.

Rotary encoder tersusun dari suatu piringan tipis yang memiliki lubang-lubang pada

bagian lingkaran piringan. LED ditempatkan pada salah satu sisi piringan sehingga cahaya

akan menuju ke piringan. Di sisi yang lain suatu photo-transistor diletakkan sehingga photo-

transistor ini dapat mendeteksi cahaya dari LED yang berseberangan. Piringan tipis tadi

dikopel dengan poros motor, atau divais berputar lainnya yang ingin kita ketahui posisinya,

sehingga ketika motor berputar piringan juga akan ikut berputar.

Apabila posisi piringan mengakibatkan cahaya dari LED dapat mencapai photo-

transistor melalui lubang-lubang yang ada, maka photo-transistor akan mengalami saturasi

dan akan menghasilkan suatu pulsa gelombang persegi. Gambar 1 menunjukkan bagan

skematik sederhana dari rotary encoder. Semakin banyak deretan pulsa yang dihasilkan pada

Page2

satu putaran menentukan akurasi rotary encoder tersebut, akibatnya semakin banyak jumlah

lubang yang dapat dibuat pada piringan menentukan akurasi rotary encoder tersebut.

Gambar 1. Blok penyusun rotary encoder

Rangkaian penghasil pulsa (Gambar 2) yang digunakan umumnya memiliki output

yang berubah dari +5V menjadi 0.5V ketika cahaya diblok oleh piringan dan ketika

diteruskan ke photo-transistor. Karena divais ini umumnya bekerja dekat dengan motor DC

maka banyak noise yang timbul sehingga biasanya output akan dimasukkan ke low-pass filter

dahulu. Apabila low-pass filter digunakan, frekuensi cut-off yang dipakai umumnya

ditentukan oleh jumlah slot yang ada pada piringan dan seberapa cepat piringan tersebut

berputar, dinyatakan dengan:

(1)

fc = frekuensi cut-off filter, sw adalah kecepatan piringan dan n adalah jumlah slot pada

piringan.

Gambar 2. Rangkaian tipikal penghasil pulsa pada rotary encoder

Page3

Terdapat dua jenis rotary encoder yang digunakan, Absolute rotary encoder dan

incremental rotary encoder. Masing-masing rotary encoder ini akan dipaparkan pada bagian

berikutnya.

ABSOLUTE ROTARY ENCODER

Absolute encoder menggunakan piringan dan sinyal optik yang diatur sedemikian

sehingga dapat menghasilkan kode digital untuk menyatakan sejumlah posisi tertentu dari

poros yang dihubungkan padanya. Piringan yang digunakan untuk absolut encoder tersusun

dari segmen-segmen cincin konsentris yang dimulai dari bagian tengah piringan ke arah tepi

luar piringan yang jumlah segmennya selalu dua kali jumlah segmen cincin sebelumnya.

Cincin pertama di bagian paling dalam memiliki satu segmen transparan dan satu

segmen gelap, cincin kedua memiliki dua segmen transparan dan dua segmen gelap, dan

seterusnya hingga cincin terluar. Sebagai contoh apabila absolut encoder memiliki 16 cincin

konsentris maka cincin terluarnya akan memiliki 32767 segmen. Gambar 3 menunjukkan

pola cincin pada piringan absolut encoder yang memiliki 16 cincin.

Gambar 3. Contoh susunan pola 16 cincin konsentris pada absolut encoder

Karena setiap cincin pada piringan absolute encoder memiliki jumlah segmen

kelipatan dua dari cincin sebelumnya, maka susunan ini akan membentuk suatu sistem biner.

Untuk menghasilkan sistem biner pada susunan cincin maka diperlukan pasangan LED dan

photo-transistor sebanyak jumlah cincin yang ada pada absolut encoder tersebut.

Page4

Gambar 4. Contoh piringan dengan 10 cincin dan 10 LED – photo-transistor untuk

membentuk sistem biner 10 bit.

Sistem biner yang untuk menginterpretasi posisi yang diberikan oleh absolute encoder

dapat menggunakan kode gray atau kode biner biasa, tergantung dari pola cincin yang

digunakan. Untuk lebih jelas, kita lihat contoh absolut encoder yang hanya tersusun dari 4

buah cincin untuk membentuk kode 4 bit. Apabila encoder ini dihubungkan pada poros, maka

photo-transistor akan mengeluarkan sinyal persegi sesuai dengan susunan cincin yang

digunakan. Gambar 5 dan 6 menunjukkan contoh perbedaan diagram keluaran untuk absolute

encoder tipe gray code dan tipe binary code.

Gambar 5. Contoh diagram keluaran absolut encoder 4-bit tipe gray code

Dengan absolute encoder 4-bit ini maka kita akan mendapatkan 16 informasi posisi

yang berbeda yang masing-masing dinyatakan dengan kode biner atau kode gray tertentu.

Tabel 1 menyatakan posisi dan output biner yang bersesuaian untuk absolut encoder 4-bit.

Dengan membaca output biner yang dihasilkan maka posisi dari poros yang kita ukur dapat

kita ketahui untuk diteruskan ke rangkaian pengendali. Semakin banyak bit yang kita pakai

maka posisi yang dapat kita peroleh akan semakin banyak.

Page5

Gambar 6. Contoh diagram keluaran absolut encoder 4-bit tipe binary code

Tabel 1. Output biner dan posisi yang bersesuaian pada absolute encoder 4-bit

INCREMENTAL ROTARY ENCODER

Incremental encoder terdiri dari dua track atau single track dan dua sensor yang

disebut channel A dan B (Gambar 7). Ketika poros berputar, deretan pulsa akan muncul di

masing-masing channel pada frekuensi yang proporsional dengan kecepatan putar sedangkan

hubungan fasa antara channel A dan B menghasilkan arah putaran. Dengan menghitung

jumlah pulsa yang terjadi terhadap resolusi piringan maka putaran dapat diukur. Untuk

Page6

mengetahui arah putaran, dengan mengetahui channel mana yang leading terhadap channel

satunya dapat kita tentukan arah putaran yang terjadi karena kedua channel tersebut akan

selalu berbeda fasa seperempat putaran (quadrature signal). Seringkali terdapat output

channel ketiga, disebut INDEX, yang menghasilkan satu pulsa per putaran berguna untuk

menghitung jumlah putaran yang terjadi.

Gambar 7. susunan piringan untuk incremental encoder

Contoh pola diagram keluaran dari suatu incremental encoder ditunjukkan pada

Gambar 8. Resolusi keluaran dari sinyal quadrature A dan B dapat dibuat beberapa macam,

yaitu 1X, 2X dan 4X. Resolusi 1X hanya memberikan pulsa tunggal untuk setiap siklus salah

satu sinyal A atau B, sedangkan resolusi 4X memberikan pulsa setiap transisi pada kedua

sinyal A dan B menjadi empat kali resolusi 1X. Arah putaran dapat ditentukan melalui level

salah satu sinyal selama transisi terhadap sinyal yang kedua. Pada contoh resolusi 1X, A =

arah bawah dengan B = 1 menunjukkan arah putaran searah jarum jam, sebaliknya B = arah

bawah dengan A = 1 menunjukkan arah berlawanan jarum jam.

Gambar 8. Contoh pola keluaran incremental encoder

Page7

Gambar 9. output dan arah putaran pada resolusi yang berbeda-beda

Pada incremental encoder, beberapa cara dapat digunakan untuk menentukan kecepatan yang

diamati dari sinyal pulsa yang dihasilkan. Diantaranya adalah menggunakan frequencymeter

dan periodimeter .

Cara yang sederhana untuk menentukan kecepatan dapat dengan frequencymeter,

yakni menghitung jumlah pulsa dari encoder, n, pada selang waktu yang tetap, T, yang

merupakan periode loop kecepatan (Gambar 10). Apabila α adalah sudut antara pulsa

encoder, maka sudut putaran pada suatu periode adalah:

(2)

Sehingga kecepatan putar akan kita dapatkan sebagai:

(3)

Kelemahan yang muncul pada cara ini adalah pada setiap periode sudut αf yang

didapat merupakan kelipatan integer dari α. Ini akan dapat menghasilkan quantification error

pada kecepatan yang ingin diukur.

Page8

Gambar 10. Sinyal keluaran encoder untuk pengukuran kecepatan dengan frequencymeter

Cara yang lain adalah dengan menggunakan periodimeter. Dengan cara ini kita akan

mengukur kecepatan tidak lagi dengan menghitung jumlah pulsa encoder tetapi dengan

menghitung clock frekuensi tinggi (HF Clock) untuk sebuah pulsa dari encoder yaitu

mengukur periode pulsa dari encoder (Gambar 11). Apabila αp adalah sudut dari pulsa

encoder, t adalah periode dari HF clock, dan n adalah jumlah pulsa HF yang terhitung pada

counter. Maka waktu untuk sebuah pulsa encoder, Tp,  adalah:

(4)

Sehingga kecepatan yang akan kita ukur dapat kita peroleh dengan:

(5)

Seperti halnya pada frequencymeter, disini juga muncul quantification error karena waktu Tp

akan selalu merupakan perkalian integer dengan t.

Gambar 11. Pengukuran kecepatan dengan menggunakan Periodimeter

Page9

BAB III

APLIKASI

A. CD-ROM

Cara Kerja CD-Rom

CD-ROM adalah sebuah piringan kompak dari jenis piringan optik (optical disc) yang

dapat menyimpan data. Ukuran data yang dapat disimpan saat ini bisa mencapai 700MB atau

700 juta bita.

Mulai tahun 1983 sistem penyimpanan data di optical disc mulai diperkenalkan

dengan diluncurkannya Digital Audio Compact Disc. Sejak saat itulah teknologi

penyimpanan pada optical disc berkembang.

Biasanya piringan CD-ROM berwarna perak. Proses pembuatannya adalah dengan

cara menaruh selembar lapisan plastik yang telah disinari oleh sinar laser. Sinar laser itu akan

membentuk semacam pit (lubang) berukuran mikro, yang sangat kecil sekali. Lubang-lubang

itu akan membentuk deretan kode yang isinya berupa data. Sekali tercipta lubang, maka tidak

bisa ditutup lagi. Lalu lapisan plastik itu akan dibungkus lagi oleh plastik cair yang berguna

sebagai pelindung dan pemantul. Semua itu prosesnya dilakukan secara bertahap dalam suatu

mesin cetakan. Alat cetakan CD-ROM bentuknya mirip cetakan kue martabak manis dan

analogi pembuatannya juga mirip seperti itu.

CD-ROM bersifat read only (hanya dapat dibaca, dan tidak dapat ditulisi). Untuk

dapat membaca isi CD-ROM, alat utama yang diperlukan adalah CD Drive. Perkembangan

CD-ROM terkini memungkinkan CD dapat ditulisi berulang kali (Re Write / RW) yang lebih

dikenal dengan nama CD-RW.

CD-ROM yang ada saat ini umumnya terbuat dari resin (polycarbonate) dan dilapisi

permukaan yang sangat reflektif seperti alumunium. Informasi direkam secara digital sebagai

lubang-lubang mikroskopis pada permukaan yang reflektif. Proses ini dilakukan dengan

menggunakan laser yang berintensitas tinggi. Permukaan yang berlubang ini kemudian

dilapisi oleh lapisan bening. Informasi dibaca dengan menggunakan laser berintensitas

rendah yang menyinari lapisan bening tersebut sementara motor memutar disk.

Intensitas laser tersebut berubah setelah mengenai lubang-lubang tersebut kemudian

terefleksikan dan dideteksi oleh fotosensor yang kemudian dikonversi menjadi data digital.

Penulisan data pada CD-ROM hanya dapat dilakukan sekali saja. Walaupun demikian,

Page10

optical disk ini memiliki keunggulan dari segi mobilitas. Bentuknya yang kecil dan tipis

memudahkannya untuk dibawa kemana-mana.

Suara yang ditangkap oleh alat pemroses suara memiliki tipe data digital yang mana

datanya dinyatakan dalam bilangan biner, yaitu 0 dan 1. Serangkaian 0 dan 1 ini

merepresentasikan suatu nilai sendiri yangmana dengan decoder tertentu akan menghasilkan

nilai yang diinginkan (data yang diperoleh tidak rusak/sesuai).

Pada kepingan CD, data 0 diperoleh dari lubang yang dibuat oleh CD writer,

sedangkan data 1 tidak memiliki lubang. Jadi, deretan data seperti 1011, dalam bentuk fisik

akan menjadi: rata-lubang-rata-rata. Lubang ini dimensinya sangat kecil sekali.

Konstruksi CD dengan lubang ini bukanlah apa yang terjadi pada jaman sekarang.

Namun, dasarnya sama. Sekarang, lobang atau ratanya diganti dengan transparan atau

buramnya salah satu lapisan pada CD yang namanya Photosensitive Dye. Lapisan ini yang

menentukan pola deretan data 1 dan 0.

Mengapa disebut CD burner? Karena itulah yang dikerjakannya, membakar lapisan

Photosensitive Dye ini sehingga menjadi lebih buram alias tidak transparan. Apa yang terjadi

apabila dia transparan? Bila transparan, maka dengan CD reader, akan terbaca sebagai 1,

sedangkan bila buram akan terbaca 0.

Cara kerja CD reader adalah dengan melihat apakah cahaya laser yang

ditembakkannya ke keping CD dipantulkan kembali ke sensor (pada CD reader) atau tidak.

Apabila dipantulkan (berarti lapisan Photosensitive Dye-nya transparan alias tidak terbakar)

berarti data ini adalah 1, apabila tidak ada pantulannya atau lemah pantulannya maka data ini

adalah0.

CD Kosong(belum terbakar)

Page11

CD yang telah terbakar(terisi data)

Ukuran data CD

CD memiliki permukaan yang berlubang.

Page12

B. PENGUKUR KECEPATAN ANGIN

Mekanik pengukur kecepatan angin ini berupa balingbaling mangkok yang dibuat sedemikian rupa hingga setiap. kecepatan angin sebesar 0,1 km/jam diwakili oleh 1 pulsa detaksetiap detik. Suatu benda yang bergerak dengan kecepatan 3 km/jam dalam satu detik akan menempuh jarak sejauh 83,3 cm. Dasarperhitungannya adalah sebagai berikut:v = 3 km/jam= 83,3 cm/sBaling-baling mangkok mempunyai bentuk lintasan yang melingkar, karena itu sejauh 83,3 cm merupakan panjang keliling lingkaran dari baling-baling mangkok. Keliling lingkaran baling-baling mangkok 83,3 cm mempunyai jari-jari lingkaran baling-baling mangkok 13.26 cm. Mangkok penangkap angin yang digunakan pada tugas akhir ini mempunyai diameter 6,6 cm, karena itulah jari-jari baling-baling mangkok diperpanjang empat kali menjadi 13,2 cm mengakibatkan keliling lingkaran baling-balig mangkok menjadi 82,9 cm. Bentuk dari baling-baling mangkok diperlihatkan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Mekanik baling-baling dan piringan sensor

Keliling lingkaran sepanjang 82,9 cm dapat ditempuh dalam satu detik dengan kecepatan mendekati 3 km/jam. Alat ukur ini dirancang agar kecepatan 0,1 km/jam setiap detiknyadiwakili oleh satu pulsa, dengan demikian kecepatan 3 km/jam diwakili oleh 30 pulsa tiap detik. Ini berarti bahwa tiap satu putaran baling-baling mangkok dikopel dengan piringan sensor yang dapat menghasilkan 30 pulsa tiap detiknya. Piringan sensor adalah alat yang digunakan untuk mengindera kecepatan putar baling-baling mangkok. Titik pusat piringan sensor dan titik pusat baling-baling mangkok dihubungkan dengan sebuah poros, sehingga kecepatan putar piringan sensor sama dengan kecepatan putar baling-balingmangkok. Bentuk dari piringan sensor yang dikopel dengan baling-baling diperlihatkan pada Gambar 3.2 diatas.

Page13

C. PENENTU ARAH ANGINArah angin dinyatakan dengan arah dari mana datangnya angin, misalnya: angin barat

yang artinya angin datang dari barat, angin tenggara yang artinya angin datang dari tenggara, dan sebagainya. Mekanik penentu arah angin ini berupa sirip untuk menunjukan arah angin seperti yang terlihat pada Gambar 3.5 Sirip ini berfungsi untuk memutar sensor rotary encoder untuk menunjukan arah angin sesuai dengan arahdatangnya angin.

Gambar 3.5 Mekanik penunjuk arah angin

Seperti terlihat pada Gambar 3.5, mekanik arah angin mempunyai poros vertikal A. Ekor angin C mempunyai daya tangkap angin yang lebih besar dari ujung mekanik B. Dengan demikian, maka dari manapun angin datang bertiup, ujung mekanik B senantiasa mengambil kedudukan menuju ke arahdari mana datangnya angin.

Page14

BAB IV

KESIMPULAN

Rotary encoder adalah divais elektromekanik yang dapat memonitor gerakan

dan posisi. Rotary encoder umumnya menggunakan sensor optik untuk

menghasilkan serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan

arah. Sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi

informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan oleh

rangkaian kendali.

Terdapat dua jenis rotary encoder yang digunakan, Absolute rotary encoder

dan incremental rotary encoder.

Absolute encoder menggunakan piringan dan sinyal optik yang diatur

sedemikian sehingga dapat menghasilkan kode digital untuk menyatakan

sejumlah posisi tertentu dari poros yang dihubungkan padanya. Piringan yang

digunakan untuk absolut encoder tersusun dari segmen-segmen cincin

konsentris yang dimulai dari bagian tengah piringan ke arah tepi luar piringan

yang jumlah segmennya selalu dua kali jumlah segmen cincin sebelumnya.

Incremental encoder terdiri dari dua track atau single track dan dua sensor

yang disebut channel A dan B. Ketika poros berputar, deretan pulsa akan

muncul di masing-masing channel pada frekuensi yang proporsional dengan

kecepatan putar sedangkan hubungan fasa antara channel A dan B

menghasilkan arah putaran. Dengan menghitung jumlah pulsa yang terjadi

terhadap resolusi piringan maka putaran dapat diukur.

Rotray encoder dapat digunakan dalam beberapa aplikasi seperti pengukur

kecepatan angin, penentu arah angin, CD-ROM, dll.

Page15

DAFTAR PUSTAKA

http://sribcd.com/

http://id.wikipedia.org/

http://belajarelektronika.blogspot.com/

http://www.beisensors.com/encoder-sensor-product-overview.html

Page16