KATA PENGANTAR

Puji syukur penyusun panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu wata’ala, karena berkat

rahmat-Nya kami bisa menyelesaikan makalah yang berjudul Sensor ultrasonic. Makalah ini

diajukan guna memenuhi tugas mata kuliah Programming Logic Control (PLC).

Kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu sehingga

makalah ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Makalah ini masih jauh dari sempurna,

oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat membangun sangat kami harapkan demi

sempurnanya makalah ini.

Semoga makalah ini memberikan informasi bagi masyarakat dan bermanfaat untuk

pengembangan wawasan dan peningkatan ilmu pengetahuan bagi kita semua.

Surabaya, 22 Maret 2015

Tim Penyusun

SENSOR ULTRASONIC 1

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR...............................................................................................................1

DAFTAR ISI..............................................................................................................................2

BAB I. PENDAHULUAN.........................................................................................................3

1.1. Latar Belakang.............................................................................................................3

1.2. Rumusan Masalah.......................................................................................................3

1.3. Batasan Masalah..........................................................................................................3

1.4. Tujuan..........................................................................................................................3

1.5. Manfaat........................................................................................................................3

BAB II. LANDASAN TEORI...................................................................................................4

2.1. Definisi Sensor Ultrasonic..........................................................................................4

2.2. Cara Kerja Sensor Ultrasonic......................................................................................4

BAB III. PENUTUP...................................................................................................................8

3.1 Kesimpulan..................................................................................................................8

DAFTAR PUSTAKA................................................................................................................9

SENSOR ULTRASONIC 2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang 

Pemanfaatan teknologi saat ini sangat berpengaruh pada kehidupan manusia

sehari-hari.Mulai dari teknologi yang paling kecil sampai pada yang sangat canggih.

Saat ini ada beberapa alat-alat elektronik yang mulai berkembang untuk membantu

kegiatan manusiasehari-hari. Mulai dari peralatan hiburan sampai pada peralatan

yang dapat mengganti tugasmanusia untuk bekerja.Teknologi saat ini sangat

berkembang pesat. Berbagai macam alat elektronik telahdibuat oleh manusia dengan

fungsinya masing-masing. Dengan sebuah system kerja tidak  jauh berbeda antara

satu dengan yang lainnya.Salah satu perangkat yang paling penting dalam sebuah

alat elektronik adalah sebuahsensor yang dapat mendeteksi kejadian atau situasi yang

ada di sekelilingnya. Mulai darisensor suara, sensor api, dan sensor jarak.Dalam

makalah ini kami akan membahas sebuah sensor yang digunakan di sebuah

alatelektronik seperti robot dengan menggunakan sensor jarak, dalam hal ini kami

memilih untuk membahas sebuah sensor ultrasonic.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka dapat disimpulkan permasalahan sebagai

berikut:

1. Apakah yang dimaksud dengan sensor ultrasonik ?

2. Bagaimana cara kerja sensor ultrasonik?

1.3. Batasan Masalah

Batasan masalah dari pembuatan makalah ini adalah :

1. Makalah ini hanya membahas sebatas mengenai cara kerja sensor ultrasonik.

1.4. Tujuan

Tujuan pembuatan makalah ini adalah untuk :

SENSOR ULTRASONIC 3

1. Mengasah kemampuan pembuat makalah terkait sensor ultrasonik.

2. Menambah pengetahuan bagi mahasiswa khususnya mahasiswa jurusan Teknik

Elektro

3. Menambah referensi pembaca dari kalangan manapun

1.5. Manfaat

Adapun manfaat dari pembuatan makalah ini adalah :

1. Menambah referensi pembaca

2. Menambah pengetahuan pembaca

SENSOR ULTRASONIC 4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Definisi Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis

(bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara kerja sensor ini didasarkan pada

prinsip dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat dipakai untuk menafsirkan

eksistensi (jarak) suatu benda dengan frekuensi tertentu. Disebut sebagai sensor

ultrasonik karena sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik (bunyi ultrasonik).

Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi sangat

tinggi yaitu 20.000 Hz. Bunyi ultrasonik tidak dapat di dengar oleh telinga manusia.

Bunyi ultrasonik dapat didengar oleh anjing, kucing, kelelawar, dan lumba-lumba. Bunyi

ultrasonik nisa merambat melalui zat padat, cair dan gas. Reflektivitas bunyi ultrasonik di

permukaan zat padat hampir sama dengan reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat

cair. Akan tetapi, gelombang bunyi ultrasonik akan diserap oleh tekstil dan busa.

2.2 Cara Kerja Sensor Ultrasonik

Pada sensor ultrasonik, gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah alat yang

disebut dengan piezoelektrik dengan frekuensi tertentu. Piezoelektrik ini akan

menghasilkan gelombang ultrasonik (umumnya berfrekuensi 40kHz) ketika sebuah

osilator diterapkan pada benda tersebut. Secara umum, alat ini akan menembakkan

gelombang ultrasonik menuju suatu area atau suatu target. Setelah gelombang menyentuh

permukaan target, maka target akan memantulkan kembali gelombang tersebut.

Gelombang pantulan dari target akan ditangkap oleh sensor, kemudian sensor menghitung

selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang pantul diterima.

SENSOR ULTRASONIC 5

Gambar cara kerja sensor ultrasonik dengan transmitter dan receiver (atas), sensor ultrasonik

dengan single sensor yang berfungsi sebagai transmitter dan receiver sealigus

Secara detail, cara kerja sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:

Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan frekuensi tertentu dan dengan

durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz. Untuk mengukur

jarak benda (sensor jarak), frekuensi yang umum digunakan adalah 40kHz.

Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan kecepatan

sekitar 340 m/s. Ketika menumbuk suatu benda, maka sinyal tersebut akan

dipantulkan oleh benda tersebut.

Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut akan

diproses untuk menghitung jarak benda tersebut. Jarak benda dihitung berdasarkan

rumus : S = 340.t/2

dimana S merupakan jarak antara sensor ultrasonik dengan benda (bidang pantul), dan

t adalah selisih antara waktu pemancaran gelombang oleh transmitter dan waktu

ketika gelombang pantul diterima receiver.

SENSOR ULTRASONIC 6

2.2.1 Aplikasi Sensor Ultrasonik

Dalam bidang kesehatan, gelombang ultrasonik bisa digunakan untuk melihat organ-

organ dalam tubuh manusia seperti untuk mendeteksi tumor, liver, otak dan

menghancurkan batu ginjal. Gelombang ultrasonik juga dimanfaatkan pada alat USG

(ultrasonografi) yang biasa digunakan oleh dokter kandungan.

Dalam bidang industri, gelombang ultrasonik digunakan untuk mendeteksi keretakan

pada logam, meratakan campuran besi dan timah, meratakan campuran susu agar

homogen, mensterilkan makanan yang diawetkan dalam kaleng, dan membersihkan

benda benda yang sangat halus. Gelombang ultrasonik juga bisa digunakan untuk

mendeteksi keberadaan mineral maupun minyak bumi yang tersimpan di dalam perut

bumi.

Dalam bidang pertahanan, gelombang ultrasonik digunakan sebagai radar atau navigasi,

di darat maupun di dalam air. Gelombang ultrasonik digunakan oleh kapal pemburu

untuk mengetahui keberadaan kapal selam, dipasang pada kapal selam untuk

mengetahui keberadaan kapal yang berada di atas permukaan air, mengukur kedalaman

palung laut, mendeteksi ranjau, dan menentukan puosisi sekelompok ikan.

2.2.2 Rangkaian Sensor Ultrasonik

Piezoelektrik

Piezoelektrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Bahan

piezoelektrik adalah material yang memproduksi medan listrik ketika dikenai regangan

atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik diterapkan, maka material tersebut

akan mengalami regangan atau tekanan mekanis. Jika rangkaian pengukur beroperasi

pada mode pulsa elemen piezoelektrik yang sama, maka dapat digunakan sebagai

transmitter dan reiceiver. Frekuensi yang ditimbulkan tergantung pada osilatornya yang

disesuiakan frekuensi kerja dari masing-masing transduser. Karena kelebihannya inilah

maka tranduser piezoelektrik lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.

Transmitter

Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonik

dengan frekuensi tertentu (misal, sebesar 40 kHz) yang dibangkitkan dari sebuah

osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40 KHz, harus di buat sebuah rangkaian osilator

SENSOR ULTRASONIC 7

dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju penguat sinyal. Besarnya frekuensi

ditentukan oleh komponen RLC / kristal tergantung dari disain osilator yang digunakan.

Penguat sinyal akan memberikan sebuah sinyal listrik yang diumpankan ke

piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik sehingga bergetar dan memancarkan

gelombang yang sesuai dengan besar frekuensi pada osilator.

Gambar rangkaian dasar dari transmitter ultrasonik

Receiver

Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan piezoelektrik, yang

berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang

dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang langsung LOS (Line of Sight)

dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible,

elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat gelombang datang

dengan frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.

SENSOR ULTRASONIC 8

Gambar rangkaian dasar receiver sensor ultrasonik

2.2.3 Sensor Ultrasonik HC-SR04

Sensor ini merupakan sensor ultrasonik siap pakai, satu alat yang berfungsi sebagai

pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini bisa digunakan

untuk mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm. Alat ini memiliki 4

pin, pin Vcc, Gnd, Trigger, dan Echo. Pin Vcc untuk listrik positif dan Gnd untuk

ground-nya. Pin Trigger untuk trigger keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk

menangkap sinyal pantul dari benda.

Gambar sensor ultrasonik HC-SR04

Cara menggunakan alat ini yaitu: ketika kita memberikan tegangan positif pada pin

Trigger selama 10uS, maka sensor akan mengirimkan 8 step sinyal ultrasonik dengan

frekuensi 40kHz. Selanjutnya, sinyal akan diterima pada pin Echo. Untuk mengukur

jarak benda yang memantulkan sinyal tersebut, maka selisih waktu ketika mengirim dan

SENSOR ULTRASONIC 9

menerima sinyal digunakan untuk menentukan jarak benda tersebut. Rumus untuk

menghitungnya sudah saya sampaikan di atas.

Berikut adalah visualisasi dari sinyal yang dikirimkan oleh sensor HC-SR04

Gambar sistem pewaktu pada sensor HC-SR04

 

Robot dilengkapi penginderaan, indera  robot terletak pada sensor, misalnya sensor

cahaya/LDR yang mendeteksi cahaya, Sensor UV untk mndeteksi keberadaan api

(biasa dipakai pada robot pemadam api), dll.

SENSOR ULTRASONIC 10

Gelombang ultrasonik bekerja pada frekuensi mulai 20 kHz hingga sekitar 20 MHz.

Frekuensi kerja yang digunakan dalam gelombang ultrasonik bervariasi tergantung

pada medium yang dilalui, mulai dari kerapatan rendah pada fasa gas, cair hingga

padat.Secara matematis gelombang ultrasonik dapat dirumuskan sebagai : s = v.t/2

dimana s adalah jarak dalam satuan meter, v adalah kecepatan suara yaitu 344 m/detik

dan t adalah waktu tempuh dalam satuan detik. Ketika gelombang ultrasonik

menumbuk suatu penghalang maka sebagian gelombang tersebut akan dipantulkan

sebagian diserap dan sebagian yang lain akan diteruskan.

Gelombang yang diserap akan dihitung oleh komparator dan diteruskan menjadi

bilangan binanry. 

Secara umum sensor ultrasonik digunakan untuk menghitung jarak dari suatu objek

yang berada didepan sensor tersebut. Sehingga dengan fungsinya tersebut, sensor

ultrasonik biasa digunakan pada perangkat yang membutuhkan perhitungan jarak.

Contoh : smart robot, Kapal laut, kapal selam, dll.

Paralax ultrasonic biasa digunakan pada robot - robot kecil dan mesin industri. dapat

mengukur jarak dari 3 cm sampai 300 cm. Pada dasanya, Ping))) terdiri dari sebuah

chip pembangkit sinyal 40KHz, sebuah speaker ultrasonik dan sebuah mikropon

ultrasonik. Speaker ultrasonik mengubah sinyal 40 KHz menjadi suara sementara

mikropon ultrasonik berfungsi untuk mendeteksi pantulan suaranya.Pada modul

Ping))) terdapat 3 pin yang digunakan untuk jalur power supply (+5V), ground dan

signal. Pin signal dapat langsung dihubungkan dengan mikrokontroler tanpa tambahan

komponen apapun.

SENSOR ULTRASONIC 11

Robot Hexapod

 

 Ping))) mendeteksi objek dengan caramengirimkan suara ultrasonik dan

kemudian “mendengarkan” pantulan suara tersebut. Ping))) hanyaakan mengirimkan

suara ultrasonik ketika ada pulsa trigger dari mikrokontroler (Pulsa high selama 5uS).

Suara ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40KHz akan dipancarkan selama 200uS.

Suara ini akan merambat di udara dengan kecepatan 344.424m/detik (atau 1cm setiap

29.034uS), mengenai objek untuk kemudian terpantul kembali ke Ping))). Selama

menunggu pantulan, Ping))) akan menghasilkan sebuah pulsa. Pulsa ini akan berhenti

(low) ketika suara pantulan terdeteksi oleh Ping))).

SENSOR ULTRASONIC 12

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa sensor

ultrasonik merupakan alat elektronika yang dimana kemampuannya dapat mengubah energy

listrik menjadi energy mekanik dalam bentuk gelombang suara ultrasonic. Sensor ultrasonic

memiliki rangkaian pemancar Ultrasonic yang dinamakan transmitter dan penerima

ultrasonic yang disebut receiver. Alat ini digunakan untuk mengukur gelombang ultrasonik.

Sedangkan secara detail, cara kerja sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:

Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan frekuensi tertentu dan dengan

durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz. Untuk mengukur

jarak benda (sensor jarak), frekuensi yang umum digunakan adalah 40kHz.

Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan kecepatan

sekitar 340 m/s. Ketika menumbuk suatu benda, maka sinyal tersebut akan

dipantulkan oleh benda tersebut.

Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut akan

diproses untuk menghitung jarak benda tersebut. Jarak benda dihitung berdasarkan

rumus : S = 340.t/2

dimana S merupakan jarak antara sensor ultrasonik dengan benda (bidang pantul), dan

t adalah selisih antara waktu pemancaran gelombang oleh transmitter dan waktu

ketika gelombang pantul diterima receiver.

SENSOR ULTRASONIC 13

DAFTAR PUSTAKA

http://loveisstupidthing.blogspot.co.id/2011/11/prinsip-kerja-rangkaian-sensor.html

SENSOR ULTRASONIC 14