LAPORAN PRAKTIKUM TEKNOLOGI SENSOR (TKF 3514)
MODUL TS 07 AKUISISI DATA SENSOR PROKSIMITI OPTOELEKTRONIK OPTOELEKTRONIK MENGGUNAKAN ARDUINO UNO
ANDHITA MUSTIKANINGTYAS MUSTIKANINGTYAS
[39143]
Tgl Praktikum: 26 November 2014 Asisten: Bernando [38720]
LABORATORIUM SISTEM SENSOR DAN TELEKONTROL
JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2014
A. Tujuan Praktikum 1. Mengenal mikrokontroler ARDUINO UNO 2. Dapat merangkai rangkaian sensor proksimiti optoelektronik pada mikrokontroler ARDUINO UNO dengan menggunakan coding 3. Dapat menggunakan ARDUINO UNO untuk mempermudah pengukuran dan menampilkan hasilnya dalam besaran yang diinginkan B. Alat dan Bahan Praktikum 1. Arduino UNO 2. PC (Personal Computer) 3. Penggaris atau alat ukur lainnya 4. Sensor GP2D120 C. Rangkaian Alat
10 k
A3
GND
5V Gambar 1. Rangkaian Sensor
Gambar 2. Sensor Proksimiti Optoelektronik yang sudah digabung dengan Arduino Uno
D. Data Pengukuran Tabel 1. Tabel hasil pengukuran pada Praktikum TS-07
Jarak (cm)
V (Volt)
Jarak terukur (cm)
6
3.1
7.33
7
3.11
7.55
8
2.8
8.44
9
2.62
9.01
10
2.32
10.06
12
2.03
12.01
14
1.54
15.29
16
1.47
16.43
20
1.3
18.74
25
0.96
26.67
30
0.87
30.13
40
0.69
40.33
50
0.61
47.75
60
0.51
60.95
70
0.45
71.87
80
0.43
79.66
E. Analisis Data dan Pembahasan E.1.Pembahasan i. Nama sensor yang digunakan Nama sensor yang digunakan adalah sensor GP2D210 diintegrasikan dengan Arduino UNO ii. Stimulus Stimulus dalam sensor tersebut adalah berupa jarak dari benda yang reflektif. iii. Respon Respon yang diberikan sensor berupa tegangan analog, dimana tegangan analog tersebut berbeda-beda pada setiap jarak dan jenis benda yang diukur. iv. Fenomena fisika sensor Sensor GP2D120 merupakan sensor dengan proses pengolahan sinyal terintegrasi serta memiliki output berupa tegangan analog. Untuk Praktikum TS-07, sensor proksimiti optoelektronik dihubungkan dengan Arduino UNO sehingga pembacaan tegangan analog dan jarak terukur dilakukan dengan menggunakan laptop yang telah terprogram Arduino UNO.
Adapun, hubungan antara panjang yang diukur dengan tegangan terukur adalah sebagai berikut:
Hubungan tersebut dianggap sebagai suatu garis linier dalam hubungan V=mX+C dengan X=1/L. v. Karakteristik sensor GP2D210 adalah sebagai berikut: Rentang efektif: 4 – 30 cm Waktu respon sensor: 39 ms Typical startup delay: 44 ms Konsumsi arus rerata: 33 mA Tegangan pada saat beroperasi: 4.5 – 5.5 V Diameter area deteksi @ 80 cm: 6 cm.
vi. Source code double VAnalog=0; double V=0; double L=0; double m = 21.333; double C = 0.15; double X = 0; void setup(){ Serial.begin(9600); // Memulai komunikasi dengan kecepatan transmisi 9600 baud } void loop(){ // Membaca tegangan analog pada pin 3 VAnalog = analogRead(VIN); V = (VAnalog/1023)*5; // Kalkulasi jarak X = (V-C)/m; L = 1/X; // Menampilkan tegangan dan jarak pada Serial Monitor Serial.print("V: "); Serial.print(V); Serial.print(" V, L: "); Serial.print(L); Serial.println(" cm"); // Menunggu 50 milisekon untuk kembali ke perintah awal dari loop delay(50); }
E.2.Analisis Data
Jarak terukur (cm) 90 80
79.66 71.87
70
60.95
60 50
47.75 40.33
40 30
30.13 26.67
Jarak terukur (cm)
20
18.74 16.43 15.29 12.01 10 10.06 7.337.558.449.01 0 6
7
8
9 10 12 14 16 20 25 30 40 50 60 70 80
Jarak Sebenarnya
Gambar 3. Grafik hubungan antara jarak terukur dengan jarak sebenarnya
Dari gambar 3, dapat dilihat bahwa jarak yang terukur menggunakan Arduino UNO sedikit berbeda dengan jarak sebenarnya. Tetapi perbedaan yang terjadi sangat tipis, itu karena kesensitivitasan alat yang menimbulkan perbedaan ketelitian.
Jarak Sebenarnya - Tegangan 3.5 3 2.5 2 1.5
V (Volt)
1 0.5 0 6
7
8
9 10 12 14 16 20 25 30 40 50 60 70 80
Jarak Sebenarnya (cm)
Gambar 4. Hubungan antara tegangan dengan jarak sebenarnya
Menurut persamaan V=mX+C, didapatkan harga m= 21.333 dan C=0.15 dari hasil regresi berdasarkan hubungan jarak-tegangan yang dianggap linier. Nilai m dan C dicantumkan dalam source code untuk menghitung tegangan sebagai hasil dari jarak yang diukur. Ada
pun, untuk nilai jarak dan tegangan menurut persamaan V=21.333X+0.15 adalah sebagai berikut: Tabel 2. Tabel perbandingan antara tegangan sebenarnya dengan tegangan menurut teori
Jarak (cm)
Tegangan Sebenarnya
Tegangan (Teori)
6
3.1
3.71
7
3.11
3.20
8
2.8
2.82
9
2.62
2.52
10
2.32
2.28
12
2.03
1.93
14
1.54
1.67
16
1.47
1.48
20
1.3
1.22
25
0.96
1.00
30
0.87
0.86
40
0.69
0.68
50
0.61
0.58
60
0.51
0.51
70
0.45
0.45
80
0.43
0.42
4 3.5 3 2.5 Tegangan Sebenarnya
2
Tegangan (Teori)
1.5 1 0.5 0 0
20
40
60
80
100
Gambar 5. Perbedaan tegangan sebenarnya dengan tegangan menurut teori.
Gambar 5 dan tabel 2 menunjukkan sedikit perbedaan antara tegangan sebenarn ya dengan tegangan hasil teori. Hal itu disebabkan hanya karena faktor ketelitian angka decimal di belakang koma. Selain itu, program Arduino UNO hanya berfungsi untuk mempermudah pengukuran dengan hasil yang dapat dibaca secara langsung pada layar komputer,
program Arduino UNO tidak bekerja untuk mengukur secara lebih akurat dan presisi., sehingga membutuhkan source code tambahan untuk membantu prosesnya.
F. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil dari hasil percobaan TS-07 adalah: 1. Hubungan antara tegangan yang dihasilkan dengan jarak yang diukur pada percobaan TS07 adalah sebagai berikut V=21.333 X+0.15 dengan X=1/L. Secara umum, hasil yang didapatkan pada TS07 tidak jauh berbeda dengan hasil dari teori. 2. Program Arduino Uno mempermudah pengukuran dengan sensor GD120P, dengan sebelumnya terlebih dahulu memasukkan source code yang sesuai.
Referensi Datasheet Sensor GDP120
LAPORAN PRAKTIKUM TEKNOLOGI SENSOR (TKF 3514)
MODUL TS 08 AKUISISI DATA SENSOR ULTRA-SONIC RANGER MENGGUNAKAN ARDUINO UNO
ANDHITA MUSTIKANINGTYAS
[39143]
Tgl Praktikum: 26 November 2014 Asisten: Bernando [38720]
LABORATORIUM SISTEM SENSOR DAN TELEKONTROL
JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2014
A. Tujuan Praktikum 1. Mengenal mikrokontroler ARDUINO UNO 2. Dapat merangkai rangkaian sensor ultra-sonic ranger pada mikrokontroler ARDUINO UNO dengan menggunakan coding 3. Dapat menggunakan ARDUINO UNO untuk mempermudah pengukuran dan menampilkan hasilnya dalam besaran yang diinginkan
B. Alat dan Bahan Praktikum 1. Mikrokontroler Arduino UNO 2. Sensor Ultra Sonic Ranger 3. Penggaris atau alat ukur lainnya 4. Personal Computer (PC) 5. Benda sebagai objek
C. Rangkaian Alat
Gambar 1. Rangkaian Sensor
Gambar 2. Mikrokontroler Arduino Uno
D. Data Pengukuran Tabel 1. Tabel Hasil Pengukuran TS07
Jarak yg sebenarnya (cm)
Jarak Menurut Arduino (cm)
5
5
10
10
15
15
20
20
25
25
30
30
35
35
40
40
45
45
50
50
55
55
60
60
65
66
70
71
75
77
E. Analisis Data dan Pembahasan E.1.Pembahasan i. Nama sensor yang digunakan Nama sensor yang digunakan adalah sensor SRF04 Low Cost Ultrasonic Range Finder diintegrasikan dengan Arduino Uno untuk kepentingan akuisisi data. ii. Stimulus Stimulus dalam sensor tersebut adalah berupa pemantulan gelombang ultrasonic dari benda halus yang ditangkap oleh sensor. iii. Respon Respon yang diberikan sensor berupa sinyal analog berupa high-low yang ditampilkan pada osiloskop, tetapi dalam praktikum TS08 ini, sensor dihubungkan dengan Arduino Uno yang telah di-coding sehingga menghasilkan hasil pengukuran yang dapat langsung dibaca pada layar komputer. iv. Fenomena fisika sensor Sensor menghasilkan gelombang
ultrasonic yang kemudian ditangkap oleh
permukaan benda (objek). Objek merefleksikan kembali gelombang ultrasonic ke sensor. Sensor kemudian menerima reflektansi dari objek.
Sensor ultrasonic ranger SRF04 memiliki fungsi utama untuk mengukur jarak objek. Sensor SRF04 membutuhkan pulsa 10uS yang dihubungkan dengan input trigger untuk memulai pengukuran jarak (ditunjukkan dengan lingkaran biru). SRF04 mengirimkan 8 rentetan siklus ultrasonic pada frekuensi 40 kHz dan membangkitkan pulsa echo pada 100uS dan 25mS (ditunjukkan lingkaran merah). Pulsa echo akan semakin mengecil selama 30mS jika tidak ada objek yang terdeteksi. SRF04 memiliki pulsa echo yang berbanding lurus dengan jarak objek yang diukur. Sehingga apabila diinginkan untuk mengetahui jarak, maka pengukuran dilakukan pada waktu pulsa echo. v. Karakteristik sensor FSR adalah sebagai berikut: Tegangan yang digunakan
: 5V
Arus paling rendah
: 4mA
Frekuensi
: 40 kHz
Rentang
: 1-4 cm
Mode
: Single pin atau 2 pins
Trigger input
: 10uS Min. TTL level pulse
Echo pulse
: Positive TTL level signal, width proportional to range
Ukuran
: 43mm x 20 mm x 17mm
vi. Source code #define ECHOPIN 2 #define TRIGPIN 3
// Pin untuk menerima pulsa echo // Pin untuk mengirim pulsa trigger
void setup(){ Serial.begin(9600); // Memulai komunikasi dengan kecepatan transmisi 9600 baud pinMode(ECHOPIN, INPUT); // Konfigurasi pin 2 sebagai input } void loop(){ // Deklarasi variabel int waktu = 0; int jarak = 0; // Pembangkitan gelombang kotak selama 10 mikrosekon pada pin 3 tone(TRIGPIN,40000); delayMicroseconds(10); // Membuat nilai 0 pada triggerpin selama 2 mikrosekon noTone(TRIGPIN); delayMicroseconds(2); // Membaca durasi pulsa saat keadaan HIGH pada pin 2 waktu = pulseIn(ECHOPIN, HIGH); // Kalkulasi jarak jarak = (waktu/60); // Menampilkan pada Serial Monitor Serial.print("Jarak: "); Serial.print(jarak); Serial.print("cm\n"); // Menunggu 60 milisekon untuk kembali ke perintah awal dari loop delay(60); }
Pada source code tersebut, waktu adalah bentuk variabel dari PULSEIN dengan jenis HIGH. Sedangkan menurut Datasheet Sensor SRF04, disebutkan bahwa SRF04 menghasilkan pulsa echo yang proporsional dengan jarak. Apabila pengukuran dilakukan dengan satuan uS, maka jarak yang diukur sensor SRF04 akan secara otomatis setara dengan uS/58 (dalam satuan cm). Oleh karena itu, pada source code terdapat kalkulasi jarak berupa jarak = (waktu/60); (60 merupakan angka iterasi dari hasil kalibrasi, dan mendekati angka 58).
E.2. Analisis Data
Jarak Menurut Arduino (cm) 90 80 70 60 50 40
Jarak Menurut Arduino (cm)
30 20 10 0 0
20
40
60
80
Jarak Sebenarnya
Gambar 3. Perbandingan jarak terukur dengan jarak sebenarnya.
Jarak yang terukur menurut coding pada Arduino Uno, dapat dilihat pada gambar 3. Jika dibandingkan dengan jarak sebenarnya, perbedaan yang terjadi tidak terlalu signifikan, melainkan hanya perbedaan akibat ketelitian di belakang koma. Karena menurut source code yang diinputkan pada program, hasil yang ditampilkan tidak menampilkan angka desimal di belakang koma. Pada pengukuran tersebut, jarak yang dihasilkan awalnya selalu sama dengan jarak yang sebenarnya (pada rentang pengukuran 5-60 cm), setelah posisi 65 cm jarak yang dihasilkan mulai berbeda dengan jarak sebenarnya. Tetapi perbedaan yang terjadi hanya sedikit, yaitu hanya berkisar antara 1-2 cm. Kode pada program Arduino Uno hanya berfungsi sebagai akuisisi data atau dapat dimanfaatkan untuk kalibrator, bukan merupakan penguat dari hasil pengukuran, sehingga diperlukan iterasi berkali-kali untuk menghasilkan jarak yang sesuai dengan yang sebenarnya.
F. Kesimpulan 1. Jarak yang dihasilkan menurut sensor SRF04 mengikuti fungsi uS/58 (dalam satuan cm), sehingga perlu dicantumkan dalam source code pada program Arduino Uno. 2. Program Arduino Uno hanya merupakan program yang membantu akuisisi data, sehingga perlu dilakukan kalibrasi dengan iterasi berulang-ulang untuk mendapatkan hasil yang paling sesuai. Referensi Datasheet SRF04
