Sensor Ultrasonik : Mentukan Jarak Objek

 Sensor ultrasonik adalah perangkat elektronik yang mengukur jarak suatu objek dengan menggunakan gelombang suara berfrekuensi tinggi, yang tidak dapat didengar oleh telinga manusia. Gelombang ini dikenal sebagai gelombang ultrasonik. Prinsip kerjanya yang sederhana namun efektif membuat sensor ini banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari robotika hingga industri manufaktur.

Prinsip Dasar Kerja

Cara kerja sensor ultrasonik mirip dengan cara kelelawar atau lumba-lumba dalam mendeteksi lingkungan, yaitu menggunakan ekolokasi. Sensor ini memiliki dua komponen utama:

1. Transmitter (Pemancar): Mengirimkan gelombang suara ultrasonik.
2. Receiver (Penerima): Mendengarkan pantulan gelombang suara yang kembali setelah mengenai objek.

Proses pengukurannya berlangsung dalam beberapa langkah:

1. Pengiriman Sinyal: Sensor mengirimkan pulsa pendek dari gelombang ultrasonik.
2. Perjalanan Gelombang: Gelombang suara bergerak melalui udara hingga mengenai suatu objek.
3. Pantulan Sinyal: Setelah mengenai objek, gelombang suara memantul kembali ke sensor.
4. Penerimaan Sinyal: Receiver mendeteksi gelombang pantulan tersebut.
5. Perhitungan Jarak: Waktu yang dibutuhkan dari saat sinyal dikirim hingga diterima kembali dicatat. Dengan mengetahui kecepatan suara di udara (343 m/s atau 0.0343 cm/µs), jarak dapat dihitung menggunakan rumus:

Jarak= Waktu Tempuh×Kecepatan Suara/2

    Pembagian dengan 2 dilakukan karena waktu yang diukur adalah waktu perjalanan pulang-pergi gelombang suara.

Komponen Sensor Ultrasonik HC-SR04

    Salah satu model sensor ultrasonik yang paling populer dan sering digunakan dalam proyek hobi adalah HC-SR04. Sensor ini memiliki empat pin:

1. VCC: Pin untuk catu daya (+5V).
2. GND: Pin untuk ground (tanah).
3. Trig (Trigger): Pin untuk memicu pengiriman gelombang ultrasonik.
4. Echo: Pin yang mengeluarkan sinyal HIGH selama durasi gelombang pantulan diterima.

Kelebihan dan Keterbatasan

Kelebihan:

1. Akurasi Tinggi: Mampu mengukur jarak dengan presisi.
2. Tidak Terpengaruh Warna dan Pencahayaan: Berbeda dengan sensor inframerah, sensor ultrasonik tidak terpengaruh oleh warna objek atau kondisi pencahayaan.
3. Deteksi Transparan: Dapat mendeteksi objek transparan seperti kaca atau air.
4. Harga Terjangkau: Model seperti HC-SR04 sangat ekonomis, ideal untuk proyek skala kecil.

Keterbatasan:

1. Sudut Pengukuran: Sensor memiliki sudut pancar yang terbatas (sekitar 15−30∘).
2. Pengaruh Suhu dan Kelembaban: Kecepatan suara dapat sedikit bervariasi tergantung pada suhu dan kelembaban udara.
3. Objek Lunak: Objek yang sangat lunak atau bertekstur seperti kain bisa menyerap gelombang suara, mengurangi akurasi pengukuran.
4. Sensitif terhadap Udara: Tidak bisa digunakan di ruang hampa udara karena gelombang suara membutuhkan medium untuk merambat.

Aplikasi Sensor Ultrasonik

Sensor ini memiliki beragam aplikasi praktis, di antaranya:

1. Robotika: Digunakan untuk navigasi robot, menghindari rintangan, dan pemetaan lingkungan.
2. Sistem Parkir Otomatis: Digunakan di mobil untuk membantu pengemudi saat parkir dengan mendeteksi jarak ke objek di sekitarnya.
3. Pengukuran Ketinggian Air: Untuk memantau level air di tangki atau wadah.
4. Keamanan Rumah: Sebagai sensor gerak di sistem alarm.
5. Industri: Digunakan untuk mengukur level cairan di tangki industri, mengukur dimensi produk, dan memantau posisi objek di jalur produksi.

Persiapan perakitan

1. Sensor Ultrasonik
2. Arduino Uno
3. Kabel Jumper

Perakitan

1. Hubungkan VCC ke 5 v
2. Hubungkan TRING ke pin 9
3. Hubungkan ECHO ke pin 10
4. Hubungkan GND ke GND.

Perhatikan gambar perakitannya dibawah ini:

Kode program

const int trigPin = 9;  // Pin Trigger untuk mengirim sinyal

const int echoPin = 10; // Pin Echo untuk menerima sinyal pantulan

long durasi;

int jarak;

void setup() {

  pinMode(trigPin, OUTPUT);

  pinMode(echoPin, INPUT);

  Serial.begin(9600);

}

void loop() {

  digitalWrite(trigPin, LOW);

  delayMicroseconds(2);

 

  digitalWrite(trigPin, HIGH);

  delayMicroseconds(10);

  digitalWrite(trigPin, LOW);

  durasi = pulseIn(echoPin, HIGH);

  jarak = durasi * 0.034 / 2;

  Serial.print("Jarak: ");

  Serial.print(jarak);

  Serial.println(" cm");

 

  delay(500);

}

    Kode tersebut adalah program dasar Arduino untuk sensor ultrasonik HC-SR04 yang berfungsi mengukur jarak suatu objek.

Penjelasan Baris per Baris

• const int trigPin = 9; dan const int echoPin = 10;: Mendefinisikan pin digital Arduino yang terhubung ke pin Trigger (Trig) dan Echo (Echo) pada sensor.
• long durasi; dan int jarak;: Mendeklarasikan variabel. durasi menyimpan waktu tempuh gelombang suara dalam mikrodetik, dan jarak menyimpan hasil perhitungan jarak dalam sentimeter.
• digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2);: Mengatur pin Trigger ke kondisi rendah (LOW) selama 2 mikrodetik untuk memastikan pin bersih sebelum sinyal baru dikirim.
• digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPin, LOW);: Mengirim pulsa sinyal ultrasonik. Pin Trigger diatur ke kondisi tinggi (HIGH) selama 10 mikrodetik, yang memicu sensor untuk memancarkan gelombang suara.
• durasi = pulseIn(echoPin, HIGH);: Mengukur durasi waktu. Fungsi pulseIn() menunggu sinyal di pin Echo berubah menjadi HIGH dan mengukur berapa lama sinyal tersebut tetap HIGH. Nilai ini adalah waktu yang dibutuhkan gelombang suara untuk pergi dan kembali.
• jarak = durasi * 0.034 / 2;: Menghitung jarak. Rumusnya adalah (Waktu Tempuh x Kecepatan Suara) / 2. Kecepatan suara di udara adalah sekitar 0.034 cm per mikrodetik. Nilai dibagi 2 karena durasi adalah waktu untuk perjalanan pergi-pulang.
• Serial.print("Jarak: "); dan Serial.println(" cm");: Menampilkan nilai jarak ke Serial Monitor, diikuti dengan satuan "cm" dan baris baru.