Sensor

Pada kesempatan kali ini, kita akan mempelajari sensor.

Apa itu sensor? Mengapa kita perlu mempelajarinya? Bagaimana menggunakan sensor dengan Arduino? Kita akan menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut di sini.

Secara garis besar, di sini kita hanya akan mempelajari dua sensor yang banyak digunakan dan banyak pula variasi proyek yang dapat dibuat dari kedua sensor tersebut, yaitu:

  1. ultrasonic sensor (sensor jarak);
  2. temperature sensor (sensor suhu).

Pendahuluan #

Perangkat Keras Sistem #

Secara umum, perangkat keras dari suatu sistem (system hardware) terdiri atas 4 hal:

  1. Plant (Physical World)
  2. Sensor
  3. Controller (Digital World)
  4. Actuator

Kita mulai dari Plant (Physical World). Seiring berjalannya waktu, akan selalu ada banyak perubahan fenomena di alam. Dari sini, kita mencoba mengamati salah satu perubahan fenomena tersebut menggunakan Sensor. Hal tersebut kemudian menjadi informasi yang dapat digunakan sebagai input dari Controller (Digital World) atau sistem yang kita buat. Informasi tersebut diolah sedemikian rupa yang kemudian output dari sistem yang kita buat disalurkan melalui Actuator. Actuator merepresentasikan output sistem yang akan diamati/diterima oleh kita di Plant (Physical World).

Sebagai contoh, kita (atau tubuh kita) merupakan salah satu dari sekian banyak fenomena alam yang ada. Dari tubuh kita, ada beberapa hal yang dapat diamati, salah satunya yang paling gampang adalah suhu tubuh. Di sini, kita mencoba mengamati suhu tubuh sebagai informasi yang akan dikumpulkan melalui sensor. Kemudian, informasi tersebut diolah sedemikian rupa di sistem kita, lalu sistem memberikan feedback. Misalnya, sistemnya adalah berupa screening kesehatan di pintu masuk mall. Pintu akan terbuka jika suhu tubuh kita normal, sebaliknya pintu tidak akan terbuka jika suhu tubuh kita tidak normal.

Sensor #

Dari gambar sebelumnya, dapat dilihat bahwa Sensor menerima informasi (input) dari Plant (Physical World), kemudian mengubah informasi tersebut menjadi informasi (output) yang dapat diolah oleh Controller (Digital World). Jadi, sensor adalah perangkat yang digunakan untuk mengubah karakteristik fisik menjadi sinyal listrik.

Misalnya, termometer mengambil suhu (sebagai karakteristik fisik) dan kemudian mengubahnya menjadi sinyal listrik untuk sistem.

Sensor Ultrasonik #

Sensor ultrasonik adalah sensor yang berfungsi mengubah besaran fisik (suara) menjadi besaran listrik. Cara kerjanya didasarkan pada prinsip dari pantulan gelombang suara sehingga dapat dipakai untuk mengukur jarak suatu objek.

Prinsip kerja sensor ini adalah menembakkan gelombang ultrasonik (umumnya 40kHz) menuju suatu objek. Setelah gelombang menyentuh permukaan objek, maka objek tersebut akan memantulkan kembali gelombang yang diterima. Gelombang pantulan dari objek akan ditangkap oleh sensor, kemudian sensor menghitung selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang pantul diterima.

Secara detail, cara kerja sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:

  1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar (transmitter) ultrasonik dengan frekuensi tertentu dan dengan durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut berfrekuensi di atas 20kHz. Untuk mengukur jarak objek (sensor jarak), frekuensi yang umum digunakan adalah 40kHz.
  2. Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan kecepatan sekitar 340 m/s. Ketika menumbuk suatu objek, maka sinyal tersebut akan dipantulkan oleh objek tersebut.
  3. Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima (receiver), maka sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jarak objek tersebut. Jarak objek dihitung berdasarkan rumus:
s = 340∙Δt/2

di mana s merupakan jarak antara sensor ultrasonik dan objek (bidang pantul), lalu Δt adalah selisih antara waktu pemancaran gelombang oleh transmitter dan waktu ketika gelombang pantul diterima receiver.

Sensor PING #

Sensor ultrasonik yang akan dipakai di sini adalah PING Ultrasonic Distance Sensor. Sensor PING dapat mengukur jarak dengan rentang 2 cm sampai 3 meter. Sensor PING memiliki 3 pin header male, yaitu:

  1. GND: ground (Vss)
  2. 5V: power +5 VDC (Vdd)
  3. SIG: Signal (I/O pin)

Ketiga pin ini dapat disambungkan langsung ke breadboard.

Latihan 1 #

Desain Rangkaian #

Ini adalah desain rangkaian yang dipakai. Komponen yang digunakan adalah 1 buah board Arduino dan 1 sensor ultrasonik.

Desain Program #

Kode #

Berikut adalah kode yang digunakan.

Simulasi #

Berikut adalah simulasi sensor ultrasonik dengan Arduino pada Tinkercad.

Sensor Temperatur #

Sensor temperatur yang dipakai di sini adalah TMP36. Sensor ini merupakan sensor yang dapat mengukur suhu dengan rentang -40°C hingga +125°C, dengan resolusi 0,1°C. Ada yang perlu dipertimbangkan ketika menggunakan sensor ini, yaitu tidak tahan cuaca, jadi perlu dilindungi dari paparan secara langsung.

Tidak seperti termistor, TMP36 tidak memiliki resistor yang sensitif terhadap suhu. Namun, sensor ini menggunakan sifat dioda, ketika suhu berubah, maka tegangan berubah. Sensor mengukur perubahan dan mengeluarkan tegangan analog antara 0,1 dan 1,75VDC. Untuk mendapatkan nilai suhu kita hanya perlu mengukur tegangan keluaran dan sedikit perhitungan matematika.

TMP36 memiliki 3 pin header male, yaitu:

  1. Gnd: ground (Vss)
  2. +Vs: power +5 VDC (Vdd)
  3. Vout: output voltage (I/O pin)

Ketiga pin ini dapat disambungkan langsung ke breadboard.

Latihan 2 #

Desain Rangkaian #

Ini adalah desain rangkaian yang dipakai. Komponen yang digunakan adalah 1 buah board Arduino dan 1 sensor temperatur.

Desain Program #

Kode #

Kita memasang sensor di input analog A0. Kemudian kita menambahkan dua variabel: (1) untuk menyimpan nilai awal dari input analog; (2) menyimpan nilai suhu setelah kita mengubahnya menjadi derajat.

Pada bagian setup, inisialisasi komunikasi serial.

Input analog memiliki range nilai 0 sampai 1023. Misal, +Vs dihubungkan ke power +5V, maka nilai 0 berarti 0V dan nilai 1023 berarti 5V. Untuk mengetahui konversi tegangan ini dalam derajat Celcius, pertama-tama kita harus mencari persentase 5V pada input. Ini dapat dilakukan dengan membagi nilai sensorInput dengan 1024.

Seperti yang kita ketahui dari datasheet, sensor akan mengeluarkan 0.1-1.75V pada kisaran 165 derajat (-40° hingga 125°) sehingga berarti setiap ~0,01V sama dengan 1 derajat. Kita perlu mengubah persentase input menjadi tegangan dengan mengalikannya 5V.

Karena kita tidak mengukur 0°-165° kita perlu menggeser nilai output sehingga pembacaan minimum -40° sama dengan pembacaan tegangan 0. Kita melakukan ini dengan mengurangkan 0,5 dari tegangan output, sehingga nilai baru kita sekarang berkisar antara -0,4 hingga 1,25 (terlihat sangat mirip dengan kisaran suhu).

Untuk mengonversi dari mV ke derajat Celcius, kita perlu mengalikannya dengan 100.

Simulasi #

Berikut adalah simulasi sensor temperatur TMP36 dengan Arduino pada Tinkercad.

Lain-lain #

Photoresistor #

Photoresistor merupakan komponen elektronik yang resistansinya bervariasi sesuai dengan jumlah cahaya yang diterima (resistansi berkurang saat terkena cahaya).

Photoresistor terbuat dari pita kadmium sulfida, semikonduktor.

Ketika foton menyentuh pita, elektron dapat melewati semikonduktor.

Kegunaan utama dari photoresistor adalah untuk mengukur intensitas cahaya (kamera, sistem deteksi,dll.).

Gas Sensor #

Sensor asap MQ-2 sensitif terhadap gas yang mudah terbakar, seperti:

Hambatan sensor berbeda-beda tergantung pada jenis gasnya.

Sensor asap memiliki potensiometer internal yang memungkinkan kita menyesuaikan sensitivitas sensor sesuai dengan seberapa akurat kita ingin mendeteksi gas.

Tegangan yang dikeluarkan sensor berubah sesuai dengan tingkat gas yang ada di atmosfer. Sensor mengeluarkan tegangan yang sebanding dengan konsentrasi gas.

Dengan kata lain, hubungan antara tegangan dan konsentrasi gas adalah sebagai berikut:

IR Sensor #

Apa itu sensor infra merah? Sensor infra merah adalah perangkat elektronik, yang memancarkan untuk merasakan beberapa aspek lingkungan. Sensor IR dapat mengukur panas suatu benda sekaligus mendeteksi gerakan. Jenis sensor ini hanya mengukur radiasi infra merah, bukan memancarkannya yang disebut sebagai sensor IR pasif.

Bisakah sensor IR mendeteksi manusia? Sensor Passive Infrared (PIR) digunakan untuk mendeteksi keberadaan manusia. Sensor Grid-EYE mendeteksi manusia menggunakan radiasi infra merah yang diradiasikan oleh tubuh manusia. Setiap manusia memancarkan energi infra merah dengan rentang panjang gelombang tertentu. Insiden radiasi yang diserap mengubah suhu material. Sensor IR? 2.8V pada 15cm hingga 0.4V pada 150cm dengan sumber tegangan antara 4.5 dan 5.5 VDC.

PIR Sensor #

Sensor Passive Infrared (PIR) dapat mendeteksi pergerakan objek yang memancarkan cahaya IR (seperti tubuh manusia). Oleh karena itu, penggunaan sensor ini untuk mendeteksi pergerakan atau penempatan manusia di sistem keamanan sangat umum dilakukan. Penyiapan dan kalibrasi awal sensor ini membutuhkan waktu sekitar 10-60 detik.

Sensor pencitraan inframerah HC-SR501 adalah modul yang efisien, murah, dan dapat disesuaikan untuk mendeteksi gerakan di lingkungan. Ukuran kecil dan desain fisik modul ini memungkinkan kita dengan mudah menggunakannya dalam proyek.

Output dari sensor deteksi gerak PIR dapat dihubungkan langsung ke salah satu pin digital Arduino (atau mikrokontroler). Jika ada gerakan yang terdeteksi oleh sensor, nilai pin ini akan diatur ke "1". Dua potensiometer di papan memungkinkan kita menyesuaikan sensitivitas dan waktu tunda setelah mendeteksi gerakan.

Kesimpulan #

Catatan #

Penjelasan materi ini juga tersedia dalam bentuk video dan slide presentasi.

Since you've made it this far, sharing this article on your favorite social media network would be highly appreciated 💖! For feedback, please ping me on Twitter.

Published