Cara Kerja Sensor Ultrasonik, Rangkaian, & Aplikasinya - Elang Sakti
Download Ebook Belajar Arduino PDF, Arduino untuk pemula
Jasa Pembuatan Program Arduino, pemrograman Arduino
# Hack Your Skills! to be Professional Mechatronics

Cara Kerja Sensor Ultrasonik, Rangkaian, & Aplikasinya

21 komentar
Tulisan ini akan berisi tentang pengertian sensor ultrasonik, cara kerja, aplikasi, dan rangkaian dasar dari sensor ultrasonik. Saya berharap tulisan ini bisa menjadi salah satu rujukan ketika pembaca mencari informasi tentang sensor ultrasonik, lebih khusus lagi apabila pembaca menggukan sensor ultrasonik HC-SR04.
Gambar Aplikasi Sensor Ultrasonik untuk kapal selam
Gambar aplikasi sensor ultrasonik pada kapal selam

Pengertian Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara kerja sensor ini didasarkan pada prinsip dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat dipakai untuk menafsirkan eksistensi (jarak) suatu benda dengan frekuensi tertentu. Disebut sebagai sensor ultrasonik karena sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik (bunyi ultrasonik).

Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi sangat tinggi yaitu 20.000 Hz. Bunyi ultrasonik tidak dapat di dengar oleh telinga manusia. Bunyi ultrasonik dapat didengar oleh anjing, kucing, kelelawar, dan lumba-lumba. Bunyi ultrasonik nisa merambat melalui zat padat, cair dan gas. Reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat padat hampir sama dengan reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat cair. Akan tetapi, gelombang bunyi ultrasonik akan diserap oleh tekstil dan busa.

Cara 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.
Gambar Cara Kerja Sensor Ultrasonik
Gambar cara kerja sensor ultrasonik dengan transmitter dan receiver (atas), sensor ultrasonik dengan single sensor yang berfungsi sebagai transmitter dan receiver sealigus

Secara detail, cara kerja sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:
  • Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan frekuensi tertentu dan dengan durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz. Untuk mengukur jarak benda (sensor jarak), frekuensi yang umum digunakan adalah 40kHz.
  • Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan kecepatan sekitar 340 m/s. Ketika menumbuk suatu benda, maka sinyal tersebut akan dipantulkan oleh benda tersebut.
  • Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jarak benda tersebut. Jarak benda dihitung berdasarkan rumus :
S = 340.t/2
dimana S merupakan jarak antara sensor ultrasonik dengan benda (bidang pantul), dan t adalah selisih antara waktu pemancaran gelombang oleh transmitter dan waktu ketika gelombang pantul diterima receiver.

Aplikasi Sensor Ultrasonik

Dalam bidang kesehatan, gelombang ultrasonik bisa digunakan untuk melihat organ-organ dalam tubuh manusia seperti untuk mendeteksi tumor, liver, otak dan menghancurkan batu ginjal. Gelombang ultrasonik juga dimanfaatkan pada alat USG (ultrasonografi) yang biasa digunakan oleh dokter kandungan.

Dalam bidang industri, gelombang ultrasonik digunakan untuk mendeteksi keretakan pada logam, meratakan campuran besi dan timah, meratakan campuran susu agar homogen, mensterilkan makanan yang diawetkan dalam kaleng, dan membersihkan benda benda yang sangat halus. Gelombang ultrasonik juga bisa digunakan untuk mendeteksi keberadaan mineral maupun minyak bumi yang tersimpan di dalam perut bumi.

Dalam bidang pertahanan, gelombang ultrasonik digunakan sebagai radar atau navigasi, di darat maupun di dalam air. Gelombang ultrasonik digunakan oleh kapal pemburu untuk mengetahui keberadaan kapal selam, dipasang pada kapal selam untuk mengetahui keberadaan kapal yang berada di atas permukaan air, mengukur kedalaman palung laut, mendeteksi ranjau, dan menentukan puosisi sekelompok ikan.

Rangkaian Sensor Ultrasonik

Piezoelektrik
Piezoelektrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Bahan piezoelektrik adalah material yang memproduksi medan listrik ketika dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik diterapkan, maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan mekanis. Jika rangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik yang sama, maka dapat digunakan sebagai transmitter dan reiceiver. Frekuensi yang ditimbulkan tergantung pada osilatornya yang disesuiakan frekuensi kerja dari masing-masing transduser. Karena kelebihannya inilah maka tranduser piezoelektrik lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.

Transmitter
Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu (misal, sebesar 40 kHz) yang dibangkitkan dari sebuah osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40 KHz, harus di buat sebuah rangkaian osilator dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju penguat sinyal. Besarnya frekuensi ditentukan oleh komponen RLC / kristal tergantung dari disain osilator yang digunakan. Penguat sinyal akan memberikan sebuah sinyal listrik yang diumpankan ke piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik sehingga bergetar dan memancarkan gelombang yang sesuai dengan besar frekuensi pada osilator.
Gambar Rangkaian Sensor Ultrasonik - Transmitter
Gambar rangkaian dasar dari transmitter ultrasonik

Receiver
Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible, elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.
Gambar Rangkaian Sensor Ultrasonik - Receiver
Gambar rangkaian dasar receiver sensor ultrasonik

Sensor Ultrasonik HC-SR04

Sensor ini merupakan sensor ultrasonik siap pakai, satu alat yang berfungsi sebagai pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini bisa digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm. Alat ini memiliki 4 pin, pin Vcc, Gnd, Trigger, dan Echo. Pin Vcc untuk listrik positif dan Gnd untuk ground-nya. Pin Trigger untuk trigger keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal pantul dari benda.
Gambar Sensor ultrasonik hc-sr04
Gambar sensor ultrasonik HC-SR04

Cara menggunakan alat ini yaitu: ketika kita memberikan tegangan positif pada pin Trigger selama 10uS, maka sensor akan mengirimkan 8 step sinyal ultrasonik dengan frekuensi 40kHz. Selanjutnya, sinyal akan diterima pada pin Echo. Untuk mengukur jarak benda yang memantulkan sinyal tersebut, maka selisih waktu ketika mengirim dan menerima sinyal digunakan untuk menentukan jarak benda tersebut. Rumus untuk menghitungnya sudah saya sampaikan di atas.

Berikut adalah visualisasi dari sinyal yang dikirimkan oleh sensor HC-SR04
Gambar pewaktu pada sensor hc-sr04
Gambar sistem pewaktu pada sensor HC-SR04

Harga Sensor Ultrasonik

Harga sensor ultrasonik bermacam-macam, ada yang murah ada yang mahal. Harga sensor HC-SR04 juga demikian, antara toko yang satu dengan yang lain juga berbeda. Di beberapa toko, harga sensor HC-SR05 35 ribu, tapi di toko lain bisa lebih mahal dari harga tersebut.


Written by Hari Santoso
Cara Kerja Sensor Ultrasonik, Rangkaian, & Aplikasinya
Bahasan: Tulisan ini akan berisi tentang pengertian sensor ultrasonik , cara kerja, aplikasi, dan rangkaian...
Published at Sabtu, 30 Mei 2015, Updated at Sabtu, 30 Mei 2015
Reviewed by dr. on
Rating: 4.7

21 komentar :

  1. kang apakah sensor ultrasonik bisa digunakan untuk mengukur ketinggian air di suatu penampang?
    cara kerja pengukuran nya itu apakah gelombang sensor ultrasonik ini di pantulkan oleh air sebagai medium atau dipantulkan oleh dasar dari penampang air tersebut?

    BalasHapus
    Balasan
    1. Betul kang, pancaran sinyal ultrasonik juga bisa dipantulkan oleh air. Jadi, data yang diterima adalah jarak dari sensor ke air, bukan ke dasar penampang.

      Hapus
    2. mas...cara mengatur agar sensor ultrasonik itu ketika terkena permukaan air bisa mantul dan merubahnya agar hanya ketika kena zat padat saja agar memantul (tembus ke dasar penampang) itu bagaimana?...
      terus apakah HC-SR04 frekuensi nya bisa dirubah-rubah?...n kalau bisa bagaimana cara nya?...

      Terima kasih sebelumnya

      Hapus
    3. mohon maaf coba bantu jawab
      Kalo itu tinggal main pengurangan aja mas. Tinggi penampang dikurang jarak sensor ke permukaan air, dapat deh :)

      Hapus
  2. ok terima kasih kang sangat membantu informasi nya.
    tetapi kalau misalkan diganti solar sebagai yang diukur nya apakah pancaran sinyal ultrasonik itu tetap memantul dari permukaan solar atau dasar penampang? hehehe
    Maaf banyak tanya kang
    Terima kasih sebelumnya.

    BalasHapus
    Balasan
    1. Bisa juga kang, kan sama-sama benda cair. Yang penting bukan gas. hehe..

      Hapus
    2. gimana caranya membuat alat ultrasonic untuk membersihkan partikel kecil ya?
      sekarang lagi ngetrend alat pencuci baju dolfi, mgkn bisa di buat dengan merakit sendiri alat tersebut?

      Hapus
    3. gimana caranya ngerakit alat ultrasonic untuk membersihkan benda2 kecil?
      belakangan lagi populer ide mesin pencuci berbentuk dolfi seukuran hp

      Hapus
  3. kang saya ingin membuat sensor ultrasonik untuk mendeteksi gelembung udara di dalam air, apakah rangkaian transmitter dan receiver diatas bisa digunakan untuk tujuan tersebut? terimakasih sebelumnya

    BalasHapus
  4. kang saya ingin membuat sensor ultrasonik untuk mendeteksi gelembung udara di dalam air, apakah rangkaian transmitter dan receiver diatas bisa digunakan untuk tujuan tersebut? terimakasih sebelumnya

    BalasHapus
  5. kang berapa frekuensi yang diterima oleh receivernya?

    BalasHapus
    Balasan
    1. 40kHz untuk yang Sensor Ultrasonik HC-SR04

      Hapus
  6. Mohon bantu jawab, transistor SL100 dan SK100 bisa diganti dengan apa?

    BalasHapus
    Balasan
    1. Diganti dengan transistor TIP41 dan TIP42 masih ok.

      Hapus
  7. Berapa jarak maksimal sensor ultrasonik mendeteksi?
    Mohon bantuannya. Terimakasih

    BalasHapus
    Balasan
    1. ultrasonic bisa digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm.

      Hapus
  8. kang mohon maaf klo transmitter sama receivernya diatas bisa digunain buat pendeteksi org lewat,misalkan klo org yg melewati alat itu nanti receiver nya akan bunyi gitu. sama klo misalkan kita beli sensornya kan udh satu paket ya kang itu kita copot dulu sensornya apa masih dlm keadaan kya gitu?trus klo misalkan ga dicopot sensornya tolon kasih tau pin" nya yg mana masuk ke transmitter dan mana yg masuk ke receiver?.
    heheh tugas sekolah kang maaf ya klo banyak tanya
    terima kasih sebelumnya

    BalasHapus
  9. permisi kang mau nanya, rangkaian transmitter sama receiver diatas bisa buat pendeteksi org lewat ga kang?sama satu lagi itu kan saya kan sudah beli sensornya tapi masih kurang paham dengan pin" nya yg ada di sensornya trus klo misalkan saya buat rangkaian diatasitu sensornya dicopot dari pcb nya atau engga klo misalkan tidak dicopot tolong kasih tau pin"nya yg masuk ke transmitter dan mana yg masuk ke reciver?
    heheh maaf banyak tanya soalnya lagi disuruh tygas sekolah
    terima kasih sebelum nya

    BalasHapus
  10. mas bisa dijelaskan gak keunggulan dari sensor ultrasonik hc-sr04 tersebut, secara teknis,spesifikasi, dari sensor ultrasonik yang lain ,,

    BalasHapus
  11. bang kasih referensi buku tentang ultrasonik HC-SR04.

    BalasHapus