LAPORAN PRAKTIKUM SISTEM SENSOR DAN AKTUATOR (TKF 3406) MODUL SSA 01 SENSOR PROKSIMITI OPTOELEKTRONIK
Kelas / Kelompok : TF-B / B-1 Niken Puspita Sari
(15/379891/TK/43156) (15/379891/T K/43156)
Achmad Fahmi
(15/380128/TK/43312) (15/380128/TK/43312)
Benhart Pasaribu
(15/380129/TK/43313) (15/380129/TK/43313)
Muhammad Hilmi D.
(15/381171/TK/43349) (15/381171/TK/43349)
Dendy Yuniar Wijaya (15/381333/TK/43401) (15/381333/TK/43401)
Tanggal Praktikum : 17 Oktober 2017 Asisten : Adnan Pebrian (14/363508/TK/41621) (14/363508/TK/41621)
LAB. SENSOR DAN SISTEM TELEKONTROL DEPARTEMEN TEKNIK NUKLIR DAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA 2017
I.
TUJUAN Mempelajari prinsip kerja sensor proksimiti optoelektronik.
II.
DASAR TEORI Senso Sensorr Pro Pr oksimi ksimi ti Opt Optoelektro lektronik nik Sensor proksimiti optoelektronik adalah sebuah sensor yang dapat mengukur jarak. Dalam praktikum ini digunakan sensor proksimiti optoelektronik buatan SHARP dengan jenis GP2D120. Sensor ini memiliki stimulus berupa jarak dari suatu benda yang reflektif dan output berupa tegangan. Benda yang digunakan dalam praktikum ini terdiri dari 3 jenis, yaitu benda hitam, benda putih dan cermin. Sedangkan respon yang diberikan sensor berupa tegangan analog, dimana tegangan analog tersebut berbeda beda pada setiap jarak dan jenis benda yang diukur. Berikut adalah bagan dari sensor proksimiti optoelektronik secara sederhana :
Gambar 1. Sensor GP2D120 buatan Sharp.
F enom nomena F i sis si s Fenomena fisis dan cara kerja dari sensor proksimiti optoelektronik dapat dilihat dalam gambar diagram sinyal yang diproses ketika pengukuran dilakukan berikut :
Gambar 2. Diagram sinyal pemrosesan dari sensor proksimiti optoelektronik.
Pada gambar diagram sinyal tersebut, dapat dilihat bahwa sinyal yang diukur akibat nilai atau besarnya jarak ditransmisikan ke suatu rangkaian. Rangkaian ini terdiri dari signal processing circuit, voltage regulator, oscillator circuit, output circuit, dan LED drive circuit. Bagian voltage regulator akan berhubungan dengan tegangan sumber rangkaian (VCC) yang merupakan tenaga utama dari badan sensor tersebut. Dari signal processing circuit, besar sinyal yang terdeteksi akan direpresentasikan oleh output circuit untuk ditampilkan dalam bentuk V O atau tegangan analog yang terukur. Hubungan antara besar jarak dan tegangan analog yang terukur seharusnya memenuhi grafik sebagai berikut :
Gambar 3. Grafik hubungan jarak dan tegangan secara ideal.
Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa tegangan analog yang terukur akan naik dan berbanding lurus sesuai dengan jarak terukur hingga mencapai titik puncak pada jarak tertentu, yang disebut peak value. Setelah mencapai peak value, tegangan yang terukur kemudian berangsur-angsur mengalami penurunan hingga akhirnya tegangan mencapai titik konstan dengan nilai mendekati 0 Volt. Peak value dicapai pada saat jarak yang diukur sekitar 3 cm, dengan nilai VO ≈ 3 Volt.
Karakteristik Sensor Sensor proksimiti optoelektronik buatan Sharp jenis GP2D120 memiliki karakteristik dan spesifikasi seperti tabel berikut :
III. DATA HASIL PENGUKURAN Jarak (cm)
Tegangan Output (V) Benda Hitam
Benda Putih
Cermin
1
2,6
2,06
2,25
2
2,8
1,93
3,12
3
2,94
2,69
3,16
4
3,18
3,1
3,02
5
3,14
3,14
2,68
6
3,14
3,2
2,27
7
3,01
3,05
2,18
8
2,76
2,81
1,75
9
2,57
2,52
1,72
10
2,3
2,35
1,56
11
2,15
2,12
1,32
12
2,03
2
1,22
13
1,88
1,84
1
14
1,74
1,75
0,96
15
1,63
1,63
0,96
16
1,46
1,56
1,24
17
1,43
1,46
1,02
18
1,35
1,43
0,94
19
1,28
1,36
0,91
20
1,25
1,31
0,91
No
Jarak (cm) (cm)
Sudut Optimal (°) (°)
Tegangan Maksimum Maksimum (V)
1
5
11
3,15
2
10
5
2,33
3
15
18
2,9
4
20
15
2,9
5
25
16
2,24
6
30
8
2,52
7
35
6
2,2
8
40
5
1,1
IV. PEMBAHASAN Praktikum Sistem Sensor dan Aktuator modul SSA 01 merupakan praktikum yang bertujuan untuk mempelajari dan memahami prinsip kerja dari sensor proksimiti optoelektronik. Praktikum ini dilaksanakan pada hari Selasa, 17 Oktober 2017 di Laboratorium Sensor dan Telekontrol DTNTF. Dalam praktikum ini, kelompok praktikan ditemani oleh seorang asisten praktikum bernama Adnan Pebrian (Teknik Fisika 2014). Pada praktikum ini, sensor proksimiti optoelektronik yang digunakan adalah sensor GP2D120 buatan SHARP. Seperti yang telah dijelaskan pada Dasar Teori, sensor ini memiliki stimulus berupa jarak dari suatu benda yang reflektif dan output berupa tegangan. Benda yang digunakan dalam praktikum ini terdiri dari 3 jenis, yaitu benda hitam, benda putih dan cermin. Sedangkan respon yang diberikan sensor berupa tegangan analog, dimana tegangan analog tersebut berbeda-beda pada setiap jarak dan jenis benda yang diukur. diukur. Praktikan mulai merangkai rangkaian pada project board sesuai dengan bagan sensor pada Gambar 1, dimana pada pin 2 dipasangkan pada Ground, Gr ound, pin 3 dipasangkan pada catu daya VCC sebesar 5 Volt, dan tegangan output diukur pada pin 1 dengan
menggunakan multimeter digital. Kemudian stimulus berupa jarak diberikan dengan meletakkan sebuah benda (benda hitam, putih atau cermin secara bergantian) di depan sensor dengan jarak tertentu. Jarak ini kemudian divariasikan dari 1 cm hingga 20 cm (dengan interval 1 cm) dengan bantuan penggaris. Tegangan output untuk setiap jarak di masing-masing benda pun dapat diketahui.
Gambar 4. Peletakkan benda di depan sensor dengan jarak yang divariasikan.
Pengukur Penguk ura an Te T eg anga ng an untuk Ti T i ap J enis ni s B enda nda Pada pelaksanaan praktikum bagian pertama, yaitu bagian pengukuran tegangan untuk tiap jenis benda, masing-masing anggota kelompok mendapat tugas masing-masing. Yang bertugas untuk memvariasikan jarak dan mengukur tegangan pada benda hitam adalah Dendi Yuniar, yang bertugas untuk memvariasikan jarak dan mengukur tegangan pada benda putih adalah Niken Puspita, dan yang bertugas untuk memvariasikan jarak dan mengukur tegangan pada cermin adalah Muhammad Hilmi. Sedangkan yang bertugas sebagai notulen adalah Achmad Fahmi. Hasil praktikum yang didapat pada bagian pertama ini tercantum pada bab Data Hasil Pengukuran. Data tegangan output tersebut kemudian dibuat grafik untuk masing-masing jenis benda. Grafik ini menunjukkan bagaimana hubungan antara jarak dengan tegangan output yang dihasilkan pada masing-masing jenis benda. Untuk benda hitam, pada jarak minimum, yaitu 1 cm, menghasilkan nilai tegangan output 2,6 V. Nilai tegangan output ini kemudian naik seiring bertambahnya jarak. Nilai tegangan output tertinggi terti nggi didapatkan pada jarak 4 cm, yaitu sebesar 3,18 V. Tegangan ini disebut dengan peak value. Setelah melewati jarak 4 cm, tegangan output untuk jarak berikutnya ternyata berangsur-angsur menurun dengan interval penurunan yang tidak menentu. Hingga pada jarak maksimum, yaitu 20 cm, tegangan outputnya tercatat sebesar 1,25 V. Nilai tegangan output di 2 data pengukuran terakhir (pada jarak 19 dan 20 cm) menunjukkan nilai yang dapat dikatakan konstan, karena nilai tegangan
keduanya hanya selisih 0,03 V. Dari data pada benda hitam ini, grafik hubungan antara jarak dan tegangan outputnya sudah sesuai dengan grafik ideal seperti Gambar 3. Untuk benda putih, pada jarak minimum, yaitu 1 cm, menghasilkan nilai tegangan output 2,06 V. Pada jarak 2 cm, tegangan output turun menjadi 1,93 V. Namun, pada jarak berikutnya nilai tegangan output ini kemudian naik seiring bertambahnya jarak. Nilai tegangan output tertinggi didapatkan pada pad a jarak 6 cm, yaitu sebesar 3,2 V. Tegangan ini disebut dengan peak value. Sama seperti benda hitam, setelah melewati peak value, tegangan output untuk jarak berikutnya ternyata berangsur-angsur menurun dengan interval penurunan yang tidak menentu. Hingga pada jarak j arak maksimum, yaitu 20 cm, tegangan outputnya tercatat t ercatat sebesar 1,31 V. Nilai tegangan output di 2 data pengukuran terakhir (pada jarak 19 dan 20 cm) menunjukkan nilai yang dapat dikatakan konstan, karena nilai tegangan keduanya hanya selisih 0,05 V. Dari data pada benda putih ini, grafik hubungan antara jarak dan tegangan outputnya kurang sesuai dengan grafik ideal pada Gambar 3 karena terdapat data yang tidak cocok, yaitu pada jarak 2 cm yang seharusnya naik. Error ini dapat ditimbulkan karena benda putih memiliki reflektansi yang lebih tinggi dari benda hitam sehingga adanya refleksi dari sumber cahaya ruangan dapat mengakibatkan error. Namun, error tersebut dapat ditoleransi karena hasil pengukuran di jarak yang lain sudah mendekati hasil yang ideal. Untuk cermin, pada jarak minimum, yaitu 1 cm, menghasilkan nilai tegangan output 2,25 V. Pada jarak berikutnya nilai tegangan output ini naik seiring bertambahnya jarak. Nilai tegangan output tertinggi didapatkan pada pad a jarak 3 cm, yaitu sebesar 3,16 V. Tegangan ini disebut dengan peak value. Sama seperti benda hitam dan benda putih, setelah melewati peak value, tegangan output untuk jarak berikutnya berangsur-angsur menurun dengan interval penurunan yang tidak menentu. Namun, ternyata pada jarak 16 cm, tegangan output tiba-tiba kembali naik menjadi 1,24 V dari sebelumnya di jarak 15 cm hanya 0,96 V. Nilai tegangan ini seolah-olah menjadi peak value kedua, pada jarak berikutnya pun nilai nil ai tegangan output kembali menurun. Hingga pada jarak 20 cm, tegangan outputnya tercatat se besar 0,91 V. Nilai tegangan output di 2 data pengukuran terakhir (pada jarak 19 dan 20 cm) menunjukkan nilai yang dapat dikatakan konstan, karena nilai tegangan keduanya sama-sama 0,91 V. Dari data pada benda cermin ini, grafik hubungan antara jarak dan tegangan outputnya kurang sesuai dengan grafik ideal pada Gambar 3 karena terdapat 2 peak value. Error ini dapat ditimbulkan karena sifat dari cermiin yang merefleksikan cahaya dengan sangat tinggi
sehingga dapat menganggu kerja sensor dan menyebabkan error. Namun, error tersebut dapat dapat diatasi dengan cara mengatur sudut sedemikian rupa (seperti percobaan bagian kedua) sehingga akan didapatkan didapatkan hasil yang mendekati hasil ideal.
Percobaan Mencari Sudut Optimal dan Tegangan Maksimum Pada percobaan bagian pertama, didapatkan hasil bahwa cermin memiliki grafik hubungan jarak dan tegangan dengan 2 peak value yang tidak sesuai dengan grafik idealnya. Hal ini disebabkan karena sifat cermin yang sangat merefleksikan cahaya sehingga dapat mengganggu kerja sensor. Oleh karena itu, pada percobaan bagian kedua ini, akan dicari sudut optimal yang menghasilkan tegangan maksimum di jarak tertentu. Data pengukuran diambil pada jarak 5-40 cm dengan interval 5 cm. Pengukuran ini dilakukan dengan cara memvariasikan posisi cermin pada sudut 0º hingga 90º dengan bantuan busur dan mencari tegangan maksimumnya berada di sudut berapa. Pengambilan 4 data pertama dilakukan oleh Achmad Fahmi dan Dendi Yuniar, sedangkan pengambilan 4 data terakhir dilakukan oleh Niken Puspita dan Muhammad Hilmi. Data hasil pengukuran pada percobaan kedua ini terlampir pada bab Data Hasil Pengukuran. Data tersebut kemudian dibuat grafik hubungan antara jarak dengan sudut optimal dan grafik hubungan antara jarak dengan tegangan maksimum. Dari grafik hubungan antara jarak dengan sudut optimal, didapatkan sudut optimal pada jarak 1418 cm. Sedangkan dari grafik hubungan antara jarak dengan tegangan maksimum, didapatkan tegangan maksimum pada jarak 15-20 cm. Sayangnya hasil pengukuran ini tidak didapatkan hubungan yang jelas karena nilainya tidak menentu.
V.
KESIMPULAN Dari hasil praktikum yang telah dibahas, didapatkan beberapa poin kesimpulan sebagai berikut : a.) Sensor proksimiti optoelektronik memiliki stimulus berupa jarak dari suatu benda dan output atau respon berupa tegangan analog yang berbeda-beda nilainya di masing-masing jarak. b.) Karakteristik dari sensor proksimiti optoelektronik yaitu memiliki tegangan output yang akan terus naik seiring bertambahnya jarak hingga mencapai suatu titik
puncak (peak value). Setelah melewati peak value, nilai tegangan output akan turun hingga kondisi konstan. c.) Dari ketiga jenis benda yang digunakan pada praktikum ini, urutan benda yang paling bagus dalam menunjukkan kinerja sensor (yang mendekati ideal) adalah benda hitam, benda putih dan cermin. d.) Error yang terjadi dalam praktikum dapat ditimbulkan dari beberapa faktor, antara lain faktor lingkungan yang berhubungan langsung dengan alat dan faktor ketelitian dari praktikan dalam melakukan proses pengukuran.
VI. DAFTAR PUSTAKA https://www.pololu.com/product/1136 diakses pada Jum’at, 20 Oktober 2017. https://id.wikipedia.org/wiki/Sensor_proksimitas diakses pada Jum’at, 20 Oktober 2017. http://elektronika-dasar.web.id/?s=teori-prinsip-kerja-sensor-proksimiti-optoelektronik diakses pada Jum’at, 20 Oktober 2017. Data sheet GP2D120 SHARP. Modul Praktikum Sistem Sensor dan Aktuator DTNTF UGM.
