Pengertian Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik merupakan sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara dan dapat digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu objek tertentu di depannya serta dapat mendeteksi jarak benda tersebut dari dirinya. Frekuensi kerjanya pada daerah di atas gelombang suara, yaitu dari 40 kHz hingga 400 kHz. Sensor ultrasonik sangat berguna ketika teknologi penginderaan lain mengalami kesulitan, seperti halnya dengan objek target yang kurang jelas atau berkilau, lingkungan yang lembab, dan berair. Sensor ultrasonik sering digunakan di mana sensor yang lebih besar atau jarak penginderaan lebih jauh diperlukan.

Gambar 1. Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar (transmitter) dan unit penerima (receiver). Struktur unit pemancar dan penerima sangatlah sederhana, sebuah kristal piezoelectric dihubungkan dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan diafragma penggetar. Gelombang pulsa bolak-balik yang memiliki frekuensi kerja 40KHz – 400KHz 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.

Gambar 2. Sistem Kerja Sensor Ultrasonik

Kontraksi yang terjadi diteruskan ke diafragma penggetar sehingga terjadi gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke udara (tempat sekitarnya), dan pantulan gelombang ultrasonik akan terjadi bila ada objek tertentu, dan pantulan gelombang ultrasonik akan diterima kembali oleh oleh unit sensor penerima seperti Gambar 2. Selanjutnya unit sensor penerima akan menyebabkan diafragma penggetar akan bergetar dan efek piezoelectric menghasilkan sebuah gelombang pulsa bolak-balik dengan frekuensi yang sama.

Gambar 3. Kontruksi Sensor Ultrasonik

Sifat dari gelombang ultrasonik yang melalui medium menyebabkan getaran partikel dengan medium amplitude yang sama dengan arah rambat longitudinal sehingga menghasilkan partikel medium yang membentuk suatu rapatan atau biasa disebut Strain dan tegangan yang biasa disebut Strees. Proses lanjut yang menyebabkan terjadinya rapatan dan regangan di dalam medium disebabkan oleh getaran partikel secara periodic selama gelombang ultrasonic lainya. Gelombang ultrasonic merambat melalui udara dengan kecepatan 344 meter per detik, mengenai obyek dan memantul kembali ke sensor ultrasonik

Prinsip 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.

a. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.

b. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonik.

c. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus :

S = 340.t/2

Dimana :

S = jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul,

T = selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik.

Berikut Algoritma membaca data ultrasonik:

Beri tegangan positif pada pin Trigger selama 10µS, maka sensor akan mengirimkan 8 step sinyal ultrasonik dengan frekuensi 40kHz
Selanjutnya, sinyal akan diterima pada pin Echo
Rumus untuk menghitung jaraknya adalah S = (0.034 *t) /2 cm.

Gambar 4. Cara Kerja Sensor Ultrasonik

Bentuk diagram waktu cara kerja sensor ultrasonik dapat dilihat pada Gambar 4

Implementasi Sensor Ultrasonik sering membutuhkan mikrokontroler untuk mempermudah dalam pemrosesannya berikut listing program untuk membaca data ultrasonik pada Arduino IDE. untuk aplikasi laiinya mungkin dapat dilihat pada postingan yang lain

#define echo1 PC_5 //inisialisasi port dan variabel
#define trig1 PC_4
long durasi, jarak; // inisialisasi variabel
void setup() {
pinMode(echo1, INPUT);
pinMode(trig1, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(trig1, HIGH); //mengaktifkan trigger 10 us
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trig1, LOW); //mematikan trigger
durasi = pulseIn(echo1, HIGH); //menerima sinyal
jarak=(durasi *0.034)/2; // konversi ke nilai cm
}