Home / Tutorial Arduino / Sensor Ultrasonik HC-SR04

Sensor Ultrasonik HC-SR04

Sensor Ultrasonik HC-SR04 – pada artikel ini akan dikupas tentang seluk beluk Sensor Ultrasonik HC-SR04 tentang pengertian, cara kerja, aplikasi, rangkaian dasar, fungsi pin, karakteristik, dan contoh program dari Sensor Ultrasonik HC-SR04.

sensor ultrasonic hc-sr04
sensor ultrasonic hc-sr04

Apa itu Sensor Ultrasonik ?

Sensor ultrasonik adalah sensor yang berfungsi mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik atau sebaliknya. Cara kerja sensor ini didasarkan pada prinsip pemantulan gelombang. Hasil pantulan gelombang suara digunakan untuk menafsirkan eksistensi (jarak) suatu benda dengan frekuensi tertentu.

Kenapa Disebut sebagai sensor ultrasonik?

Jawabannya : karena sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik (bunyi ultrasonik).

Apa itu gelombang Ultrasonik?

Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi sangat tinggi yaitu kisaran 20.000 Hz. Bunyi ultrasonik tidak dapat di dengar oleh telinga manusia. akan tetapi, Bunyi ultrasonik dapat didengar oleh hewan seperti : anjing, kucing, kelelawar, dan lumba-lumba. Bunyi ultrasonik bisa merambat melalui medium zat padat, cair maupun gas. Reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat padat hampir sama dengan reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat cair.

Bagaimana 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.

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.

Apa Bagian Penting Rangkaian Sensor Ultrasonik ?

1.Piezoelektrik

Piezoelektrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Bahan piezoelektrik adalah material yang dapat 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.

2. 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.

rangkaian-pemancar-transmitter-ultrasonik
rangkaian dasar dari transmitter ultrasonik

3. 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.

rangkaian-penerima-receiver-ultrasonik
rangkaian-penerima-receiver-ultrasonik

Sensor Ultrasonik HC-SR04

Sensor ini merupakan sensor ultrasonik yang siap pakai, salah satu alat yang berfungsi sebagai pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini bisa digunakan untuk mengukur jarak benda dari diantara 2cm – 4m dengan akurasi 3 mm. 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.

Bagaimana Cara menggunakan alat ini ?

ketika kita memberikan tegangan positif pada pin Trigger selama 10 μS, 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

Apa Fungsi Pin-pin Sensor Ultrasonik HC-SR04 ?

  • VCC = 5V Power Supply. Pin sumber tegangan positif sensor.
  • Trig = Trigger/Penyulut. Pin ini yang digunakan untuk membangkitkan sinyal ultrasonik.
  • Echo = Receive/Indikator. Pin ini yang digunakan untuk mendeteksi sinyal pantulan ultrasonik.
  • GND = Ground/0V Power Supply. Pin sumber tegangan negatif sensor.

Bagaimana Karakteristik Sensor Ultrasonik HC-SR04?

  • Tegangan sumber operasi tunggal 5.0 V
  • Konsumsi arus 15 mA
  • Frekuensi operasi 40 KHz
  • Minimum pendeteksi jarak 0.02 m (2 cm)
  • Maksimum pendeteksian jarak 4 m
  • Sudut pantul gelombang pengukuran 15 derajat
  • Minimum waktu penyulutan 10 mikrodetik dengan pulsa berlevel TTL
  • Pulsa deteksi berlevel TTL dengan durasi yang bersesuaian dengan jarak deteksi
  • Dimensi 45 x 20 x 15 mm

Bagaimana Bentuk Diagram Waktu Sensor Ultrasonik  HC-SR04 ?

Diagram Waktu HC-SR04
Diagram Waktu HC-SR04

Sensor Ultrasonik HC-SR04 memerlukan sinyal logika ‘1’ pada pin Trig dengan durasi waktu 10 mikrodetik (μs) untuk mengaktifkan rentetan (burst) 8x40KHz gelombang ultrasonik pada elemen Pembangkitnya. Selanjutnya pin Echo akan berlogika ‘1’ setelah rentetan 8×40 KHz tadi, dan otomatis akan berlogika ‘0’ saat gelombang pantulan diterima oleh elemen Pendeteksi gelombang ultrasonik.

Contoh Cara memprogram sensor ultrasonik HC SR04

yang anda butuhkan

  • 1x Arduino Uno
  • 1x Breadboard
  • 4x Kabel Jumper
  • 1X HC-SR04 Ultrasonic Sensor

Kemudian rangkailah seperti penampakan dibawah ini…

Rangkaian HC-SR04 Ultrasonic Sensor
Rangkaian HC-SR04 Ultrasonic Sensor

Catatan:

  • Pasang pin VCC HC-SR04 ke pin 5V Arduino
  • Pasang pin Trig HC-SR04 ke pin 11 Arduino
  • Pasang pin Echo HC-SR04 ke pin 12 Arduino
  • Pasang pin GND HC-SR04 ke pin GND Arduino

Jika sudah, sekarang silahkan salin atau ketik ulang sketch program dibawah ini…

int trig= 11;            // membuat varibel trig yang di set ke-pin 3
int echo= 12;            // membuat variabel echo yang di set ke-pin 2
long durasi, jarak;     // membuat variabel durasi dan jarak

void setup() {
pinMode(trig, OUTPUT);    // set pin trig menjadi OUTPUT
pinMode(echo, INPUT);     // set pin echo menjadi INPUT
Serial.begin(9600);       // digunakan untuk komunikasi Serial dengan komputer
}

void loop() {

// program dibawah ini agar trigger memancarakan suara ultrasonic
digitalWrite(trig, LOW);
delayMicroseconds(8);
digitalWrite(trig, HIGH);
delayMicroseconds(8);
digitalWrite(trig, LOW);
delayMicroseconds(8);

durasi= pulseIn(echo, HIGH);  // menerima suara ultrasonic
jarak= (durasi/2) / 29.1;     // mengubah durasi menjadi jarak (cm)
Serial.println(jarak);        // menampilkan jarak pada Serial Monitor

}

Kalau sudah Done Uploading, anda bisa buka Serial Monitor untuk melihat nilai jarak dari sensornya, coba untuk mendekatkan dan menjauhkan tangan dari sensor, dan lihat angkanya.

itulah penjelasan lengkap senor ultrasonik HC-SR04.

Check Also

Cara menggunakan CCPM Servo Consistency Master

kelas-fisika.com – Cara menggunakan CCPM Servo Consistency Master kelas-fisika akan membahas Cara menggunakan CCPM Servo Consistency …

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Powered by themekiller.com