LAPORAN

PRAKTIKUM TEKNOLOGI SENSOR

(TKF 3514)

MODUL TS 07

AKUISISI DATA SENSOR PROKSIMITI OPTOELEKTRONIK 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 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

Gambar 1. Rangkaian Sensor

Gambar 2. Sensor Proksimiti Optoelektronik yang sudah digabung dengan Arduino Uno

A3 GND 5V

10 k

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

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.

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

7.33 7.55 8.44 9.01 10.06 12.01

15.29 16.43 18.74

26.67 30.13

40.33

47.75

60.95

71.87

79.66

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

6 7 8 9 10 12 14 16 20 25 30 40 50 60 70 80

Jarak Sebenarnya

Jarak terukur (cm)

Jarak terukur (cm)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

6 7 8 9 10 12 14 16 20 25 30 40 50 60 70 80

Jarak Sebenarnya (cm)

Jarak Sebenarnya - Tegangan

V (Volt)

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

Gambar 5. Perbedaan tegangan sebenarnya dengan tegangan menurut teori.

Gambar 5 dan tabel 2 menunjukkan sedikit perbedaan antara tegangan sebenarnya 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,

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 20 40 60 80 100

Tegangan Sebenarnya

Tegangan (Teori)

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

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).

#define ECHOPIN 2 // Pin untuk menerima pulsa echo #define TRIGPIN 3 // 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); }

E.2. Analisis Data

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.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 20 40 60 80

Jarak Sebenarnya

Jarak Menurut Arduino (cm)

Jarak Menurut Arduino(cm)

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