Sensor Rotary,

Sensor RotaryFungsi Rotary Encoder dalam Dunia Elektronika antara lain adalah sebagai Sensor

Kecepatan, Sensor Posisi, dan juga dapat menjadi Sensor untuk mendeteksi Panjang Benda.

            Namun Pada Kesempatan Kali ini kita akan membahas Penggunaan Rotary Encoder

sebagai Sensor Pengukur Kecepatan.

Rotary Encoder

Pada umumnya, rotary encoder digunakan sebagai sensor pengukur kecepatan pada sebuah

motor. Berikut adalah gambar desain mekanik dari sebuah rotary encoder.

Gambar. Desain Umum Rotary Encoder

Prinsip kerja dari sensor ini adalah sebagai berikut saat rangkaian sumber cahaya

diberikan VCC 5 Volt dan menghasilkan cahaya, cahaya masuk pada photodioda tidak

terhalangi maka akan menghasilkan tegangan sekitar 5 V dan begitu juga sebaliknya saat

terhalangi maka akan menghasilkan tegangan sekitar 0 V. Dimana tegangan menjadi inputan

untuk mikrokontroler. Berikut adalah gambar rangkaian sensor kecepatan yang akan

digunakan.

Gambar Rangkaian Sensor Kecepatan

Untuk mengaktifkan inframerah LED dibutuhkan tegangan sebesar 5 volt. Sebagai

receiver inframerah adalah phototransistor, cara kerja phototransistor sebenarnya sama seperti

transistor lain. Bila basis tidak dialiri arus yang cukup, maka transistor cut off. Kondisi cut

off disebabkan oleh terdapatnya sesuatu yang memotong antara IR LED dan phototransistor.

Pada perancangan ini sesuatu yang memotong tersebut adalah disk. Bila tidak ada sesuatu

yang memotong antara IR led dan phototransistor, artinya phototransistor akan mendapat

sinar inframerah dari IR LED, maka basis phototransistor akan teraliri arus. Hal ini

menyebabkan arus akan mengalir ke emitter. Kemudian arus akan masuk ke resistor 220

ohm, resistor 220 ohm berfungsi untuk mengurangi arus yang berlebih dari phototransistor

dan mengaktifkan basis tansistor 2N222A, emiter 2N222A disini sebagai pemberi sinyal

masukkan ke mikrokontroller.

Sebagai Tambahan: Salah satu Aplikasi Rotary Encoder sebagai sensor posisi digunakan

pada Mouse Tipe Analog (Mouse yang Menggunakan Bola). Bisa anda buka dan anda akan

melihat kurang lebih Tiga buah Rangkaian Sensor Posisi Menggunakan Rotary Encoder.

\

SENSOR KOMPAS

Sensor Kompas CMPS03

Magnetic Compas adalah sensor kompas yang dapat mengetahui posisi sudut. Sensor ini didesain khusus untuk bidang robotik dengan tujuan sebagai navigator yang digunakan untuk pergerakan pada robot. Sensor produksi Devantech ini menggunakan dua buah sensor medan magnet KMZ51 buatan Philips yang cukup peka untuk mendeteksi medan magnet bumi, dimana pemasangan dua buah sensor ini saling bersilangan. Pada modul kompas telah dipasang rangkaian pengkondisi sinyal dan mikrokontroler, sehingga dengan mudah data dapat diakses.CMPS03 membutuhkan tegangan kerja sebesar 5 V dengan konsumsi arus sebesar 15mA. Ada dua cara untuk membaca data yang dihasilkan sensor ini yaitu melalui sinyal PWM (pin 4) atau menggunakan protokol I2C (pin 2 dan 3).

 

Konfigurasi Pin Pada Sensor KompasSumber: http://www.robotstorehk.com/CMPS03_release.pdf

Sinyal PWM yang dihasilkan oleh sensor kompas merupakan sinyal yang lebar pulsanya dapat berubah-ubah dimana pulsa berlogika “1” untuk menyatakan derajat. Lebar pulsa berlogika 1 ini bervariasi antara 1 ms (untuk 0º) sampai 36,99ms (untuk 359,9º). Dengan kata lain kompas memiliki resolusi 100 μs/º dengan offset sebesar 1 ms. Sinyal kemudian akan berlogika 0 selama 65 ms. Jadi

periode sinyal PWM sebesar 65 ms ditambah dengan waktu sinyal yang berlogika 1, atau 66 ms sampai 102 ms.

  

Siklus pembacaan output PWM untuk 359,9º

Sinyal PWM tersebut dihasilkan oleh timer 16-bit dari prosesor pada modul kompas yang menghasilkan resolusi sebesar 1 μs. Sehingga disarankan oleh pembuatnya untuk mendeteksi sinyal PWM dengan timer yang resolusinya lebih rendah dari yang dihasilkan oleh kompas. Pastikan bahwa untuk pin I2C, SDA dan SCL dihubungkan ke suplai 5 Vdc melalui resistor pull-up, karena pin SDA dan pin SCL tidak mempunyai pull-up. Protokol komunikasi I2C ini sama seperti yang digunakan pada Serial EEPROM produksi Atmel 24CXX ataupun Serial RTC (Real Time Clock) produksi Dallas Semiconductor RTC1307, sehingga jalur SDA dan SCL dapat digunakan secara bersamaan.

Sinyal Komunikasi I2C

Sumber: http://www.robotstorehk.com/CMPS03_release.pdf

Pembacaan sensor kompas ini dapat menggunakan semua jenis mikrokontroler yang ada dipasaran, salah satunya adalah AVR ATmega32.

Kompas Elektronik CMPS-03 buatan Devantech Ltd ini menggunakan sensor medan magnet Philips KMZ51 yang cukup sensitif untuk mendeteksi medan magnet bumi. Modul ini bekerja dengan mendeteksi magnetik bumi. Data yang dihasilkan dari kompas elektronik ini berupa data biner. Sebagai contoh jika modul menghadap utara maka data yang dihasilkan adalah data 00H, dan arah selatan data keluarannya adalah 7FH.

Koneksi dari modul ke mikrokontroller dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan mengunakan data PWM (Pulse Width Modulation), atau dengan I2C (Inter Intergrated Circuit). Jika menggunakan interface PWM, pulsa keluaran memiliki rentang 1mS untuk 0° atau arah utara sampai dengan 36.99 mS untuk 359.90°. Cara yang kedua mengunakan I2C, metode ini dapat digunakan langsung sehingga data yang dibaca tepat 0° – 360° sama dengan 0 – 255.

Gambar bentuk fisik dan koneksi pin modul kompas CMPS03

Modul kompas CMPS03 membutuhkan kalibrasi untuk menentukan nilai data keluaran dari tiap-tiap arah kompas. Metode kalibrasi dapat dilakukan secara manual, adapun cara kalibrasi sebagai berikut:

1. Modul kompas dihadapkan ke utara, kemudian memberikan pulsa rendah pada pin kalibrasi

2. Kompas diputar perlahan ke arah timur secara perlahan, kemudian pin kalibrasi diberi pulsa rendah

3. Langkah berikutnya memutar modul kompas ke arah selatan secara perlahan, kemudian memberikan pulsa rendah ke pin kalibrasi.

4. Langkah terakhir adalah memutar kompas ke arah barat dan kemudian memberikan pulsa rendah ke pin kalibarasi.

Sensor UVtron

Pendeteksian terhadap gas yang mudah terbakar sangat penting untuk keamanan dalam mencegah kebakaran. Dalam banyak hal, sensor UVtron lebih sensitif untuk mendeteksi api dari pada sensor asap, khususnya pemakaian diluar ruangan dimana konsentrasi asap tidak dapat dideteksi secara cepat oleh pemicu sistem alarm.

Gambar   Sensor   UVtron  (Sumber : http://www.superdroidrobots.com/shop/item.asp?itemid=121)

Untuk mendeteksi gas yang mudah terbakar, sangat mungkin untuk menggunakan fitur unik dari api yang terlihat dari spectrum optic yang terdapat pada daerah spectrum Ultraviolet (UV), seperti terlihat pada gambar dibawah ini :

Gambar   spectrum   electromagnetic   dari   berbagai   sumber   cahaya (sumber   Hamamatsu   Photonics)  

Setelah melintas atmosfir, cahaya matahari kehilangan sebagian besar spectrum cahaya UV dengan panajang gelombang di bawah 250 nm, sedangkan suatu nyala api mengandung UV sampai 180 nm. Sensor ini didesain untuk bandwidth yang dibatasi dari spectrum UV yang dihasilakn dari nyala api dan bukan untuk cahaya atau sinar elektrik. Sebuah contoh rangkaian sensor ini terlihat seperti gambar dibawah ini

Gambar UV Flame Detector (a) Tabung sensor UV Flame Detector (b) Rangkaian pendukung (c) 

sudut   respon   sensor   secara   horisontal   (sumber   Hamamatsu   Photonics)  

Elemen dari UV detector adalah menggunakan efek fotoelektrik pada logam sehingga dapat melipatgandakan gas yang ada pada tabung. Tabung detector terdiri dari gas tipis dan dikemas dalam tabung. UV tron ini memiliki sudut respon yang lebar dari sisi horizontal maupun vertical. Sensor ini memerlukan tegangan tinggi untuk beroperasi maupun dalam kondisi normal. Ketika ada nyala api, energy yang tinggi dari photons UV membentur katode yang akan melepaskan electron bebas ke gas yang terdapat dalam tabung. Kemudian atom diterima dengan energy besar yang diakibatkan oleh pancaran electron, yang mana gas akan bercahaya dalam batasan spectrum UV. Pada suatu ketika electron akan dipancarkan yang mana lebih banyak UV yang bercahaya. Unsur ini dikembangkan menjadi avalanche-type untuk melipatgandakan electron sehingga membuat region electrically dari katode dan anode menjadi penghantar. Oleh karena itu ketika terkena nyala api atau gas yang mudah terbakar, elemen akan bekerja seperti sebuah saklar arus, yang menghasilkan loncatan tegangan tinggi. Hal ini sesuai dengan keterangan diatas bahwa elemen akan membangkitkan radiasi UV untuk merespon nyala api. Sekalipun dalam intensitas rendah, UV tidak akan memberikan suhu panas untuk manusia dan tidak akan mempengaruhi sensor serupa yang berdekatan.

Sensor InfraRed

Infra merah adalah cahaya yang mempunyai radiasi dibawah batas penglihatan manusia, sehingga cahaya tersebut tidak tampak oleh mata, seperti frekwensi suara tidak terlihat tapi dapat didengarkan. Memang cahaya tersebut tidak terlihat atau bisa didengarkan tetapi kulit manusia dapat merasakannya. Salah satu contohnya adalah, ketika tangan kita mendekati sesuatu benda mengandung panas seperti tubuh manusia, tubuh hewan, kita dapat merasakannya, tetapi panas tersebut tidak terlihat oleh mata. Sebenarnya api juga memancarkan cahaya infra merah tetapi mengapa bisa terlihat oleh mata, karena api juga memancarkan radiasi cahaya yang lain.

Jika dilihat dengan dengan spektroskop cahaya maka radiasi cahaya infra merah akan nampak pada spektrum elektromagnet dengan panjang gelombang di atas panjang gelombang cahaya merah.

Gambar 1. Spektrum Cahaya dan Respon Mata Manusia

TeoriLED (Light Emiting Diode)LED merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya, LED adalah produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.

Gambar 2. Simbol LED

PhotodiodePhotodiode merupakan sambungan substrat tipe N dan substrat tipe P yang dirancang untuk beroperasi bila dibiaskan dalam arah terbalik. Dengan pemberian tegangan mundur ini akan memperluas daerah pengosongan. Perubahan pada daerah pengosongan ini merupakan prinsip kerja dari photodiode.

Gambar 3a Bentuk fisik 

Gambar 3b Simbol Led IR

Ketika energi cahaya (photon) yang jatuh pada daerah pengosongan photodiode lebih besar dari tegangan barrier silikon yaitu 1,12 eV dan menembus daerah katoda, energi cahaya ini dapat menyebabkan elektron keluar dari pita valensi (valence band) dan masuk ke pita konduksi

(conduction band) kemudian meninggalkan hole pada pita konduksi. Dengan kata lain elektron dan hole menempati daerah masing-masing (photovoltaic effect).

Dengan kondisi diatas maka energi cahaya yang jatuh pada daerah pengosongan akan meniadakan sambungan. Daerah pengosongan yang semula menyekat arus ini akan berubah menghasilkan aliran arus elektron-hole.

Gambar 4 Struktur dari Photodiode

Komparator (Comparator)Pada gambar 5, jika tegangan masukan V1 lebih besar dari tegangan referensi VR, tegangan keluaran Vo akan berharga positif. Karena harga penguatan sangat besar, maka perbedaan tegangan yang relatif kecil akan membawa penguat pada “daerah jenuh”. Karakteristik transfer menunjukkan bahwa sedikit penurunan pada Vi (milivolt) akan membawa op-amp dari jenuh positif ke jenuh negatif (Gambar 6). Jika VR = 0 volt, ini akan menjadi zero-crossing comparator. Komparator jenis ini dapat digunakan untuk mengubah isyarat AC menjadi gelombang kotak dengan operasi pemotongan (clipper) seperti terlihat pada gambar 7.

Gambar 5. Comparator 

Gambar 6. Karakteristik Output 

Gambar 7 Operasi Pemotongan (Clipper) dengan Opamp

Prinsip Kerja Rangkaian

Gambar 8. Rangkaian Sensor IR

Prinsip kerja rangkaian ini adalah ketika LED memancarkan cahaya (infra merah) maka cahaya yang diserap oleh photodiode dan akan membuat depletion region pada photodiode akan semakin menyempit sehingga arus akan lebih mudah mengalir dari katoda ke anoda.

Gambar 9. Photodioda Aktif

Berdasarkan gambar 8 maka tegangan V1 = 0V, vi = -V2 maka output = 0. Jika LED tidak memancarkan cahaya, maka akan membuat depletion region pada photodiode akan semakin meluas sehingga arus akan sulit untuk mengalir dari katoda ke anoda.

Gambar 10 Photodioda Non AktifMaka berdasarkan gambar 8 tegangan V1 = 5V, vi = V1-V2 maka output = 1 jika vi hasilnya positif.