Jumat, 26 Oktober 2007

SENSOR OPTIK

SENSOR OPTIK (CAHAYA)

Sensor dan transduser merupakan peralatan atau komponen yang mempunyai peranan penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara otomatis. Besaran masukan pada kebanyakan sistem kendali adalah bukan besaran listrik, seperti besaran fisika, kimia, mekanis dan sebagainya. Untuk memakaikan besaran listrik pada sistem pengukuran, atau sistem manipulasi atau sistem pengontrolan, maka biasanya besaran yang bukan listrik diubah terlebih dahulu menjadi suatu sinyal listrik melalui sebuah alat yang disebut transducer
D Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya..
Contoh; Camera sebagai sensor penglihatan, telinga sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai sensor peraba, LDR (light dependent resistance) sebagai sensor cahaya, dan lainnya.
William D.C, (1993), mengatakan transduser adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya”. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas).
Contoh; generator adalah transduser yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik, motor adalah transduser yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik, dan sebagainya.
Sensor optic atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengenai benda atau ruangan.
Contoh; photo cell, photo transistor, photo diode, photo voltaic, photo multiplier, pyrometer optic, dsb.
Elemen-elemen sensitive cahaya merupakan alat terandalkan untuk mendeteksi energi cahaya. Alat ini melebihi sensitivitas mata manusia terhadap semua spectrum warna dan juga bekerja dalam daerah-daerah ultraviolet dan infra merah.
Energi cahaya bila diolah dengan cara yang tepat akan dapat dimanfaatkan secara maksimal untuk teknik pengukuran, teknik pengontrolan dan teknik kompensasi.
Penggunaan praktis alat sensitif cahaya ditemukan dalam berbagai pemakaian teknik seperti halnya :
 Tabung cahaya atau fototabung vakum (vaccum type phototubes), paling menguntungkan digunakan dalam pemakaian yang memerlukan pengamatan pulsa cahaya yang waktunya singkat, atau cahaya yang dimodulasi pada frekuensi yang relative tinggi.
 Tabung cahaya gas (gas type phototubes), digunakan dalam industri gambar hidup sebagai pengindra suara pada film.
 Tabung cahaya pengali atau pemfotodarap (multiplier phottubes), dengan kemampuan penguatan yang sangat tinggi, sangat banyak digunakan pada pengukuran fotoelektrik dan alat-alat kontrol dan juga sebagai alat cacah kelipan (scientillation counter).
 Sel-sel fotokonduktif (photoconductive cell), juga disebut tahanan cahaya (photo resistor) atau tahanan yang bergantung cahaya (LDR-light dependent resistor), dipakai luas dalam industri dan penerapan pengontrolan di laboratorium.
 Sel-sel foto tegangan (photovoltatic cells), adalah alat semikonduktor untuk mengubah energi radiasi daya listrik. Contoh yang sangat baik adalah sel matahari (solar cell) yang digunakan dalam teknik ruang angkasa.

Jenis-jenis Divais sensor optis
1. Divais Elektrooptis
Cahaya merupakan gelombang elektromagnetis (EM) yang memiliki spectrum warna yang berbeda satu sama lain. Setiap warna dalam spectrum mempunyai energi, frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda. Hubungan spektrum optis dan energi dapat dilihat pada formula dan gambar berikut.
Energi photon (Ep) setiap warna dalam spektrum cahaya nilainya adalah:

Dimana :
Wp = energi photon (eV)
h = konstanta Planck’s (6,63 x 10-34 J-s)
c = kecepatan cahaya, Electro Magnetic (2,998 x 108 m/s)
λ = panjang gelombang (m)
f = frekuensi (Hz)

Frekuensi foton bergantung pada energi yang dilepas atau diterima saat elektron berpindah tingkat energinya. Spektrum gelombang optis diperlihatkan pada gambar berikut, spektrum warna cahaya terdiri dari ultra violet dengan panjang gelombang 200 sampai 400 nanometer (nm), visible adalah spektrum warna cahaya yang dapat dilihat oleh mata dengan panjang gelombang 400 sampai 800 nm yaitu warna violet, hijau dan merah, sedangkan spektrum warna infrared mulai dari 800 sampai 1600 nm adalah warna cahaya dengan frekuensi terpendek.









Gambar 4.1. Spektrum Gelombang EM


Densitas daya spektral cahaya adalah:


Gambar 4.2. Kurva Output Sinyal Optis

Sumber-sumber energi photon:
Bahan-bahan yang dapat dijadikan sumber energi selain matahari adalah antara lain:
 Incandescent Lamp yaitu lampu yang menghasilkan energi cahaya dari pijaran filament bertekanan tinggi, misalnya lampu mobil, lampu spot light, lampu flashlight.
 Energi Atom, yaitu memanfaatkan loncatan atom dari valensi energi 1 ke level energi berikutnya.
 Fluorescense, yaitu sumber cahaya yang berasal dari perpendaran bahan fluorescence yang terkena cahaya tajam. Seperti Layar Osciloskop
 Sinar LASER adalah sumber energi mutakhir yang dimanfaatkan untuk sebagai cahaya dengan kelebihannya antara lain : monochromatic (cahaya tunggal atau membentuk garis lurus), coherent (cahaya seragam dari sumber sampai ke beban sama), dan divergence (simpangan sangat kecil yaitu 0,001 radians).

2. Photo Semikonduktor
Divais photo semikonduktor memanfaatkan efek kuantum pada junction, energi yang diterima oleh elektron yang memungkinkan elektron pindah dari ban valensi ke ban konduksi pada kondisi bias mundur.
Bahan semikonduktor seperti Germanium (Ge) dan Silikon (Si) mempunyai 4 buah electron valensi, masing-masing electron dalam atom saling terikat sehingga electron valensi genap menjadi 8 untuk setiap atom, itulah sebabnya kristal silicon memiliki konduktivitas listrik yang rendah, karena setiap electron terikan oleh atom-atom yang berada disekelilingnya. Untuk membentuk semikonduktor tipe P pada bahan tersebut disisipkan pengotor dari unsure golongan III, sehingga bahan tersebut menjadi lebih bermuatan positif, karena terjadi kekosongan electron pada struktur kristalnya.
Bila semikonduktor jenis N disinari cahaya, maka elektron yang tidak terikat pada struktur kristal akan mudah lepas. Kemudian bila dihubungkan semikonduktor jenis P dan jenis N dan kemudian disinari cahaya, maka akan terjadi beda tegangan diantara kedua bahan tersebut. Beda potensial pada bahan ilikon umumnya berkisar antara 0,6 volt sampai 0,8 volt.


(a) (b)

(c)
Gambar 4.3. Konstruksi Dioda Foto (a) junction harus dekat permukaan (b) lensa untuk memfokuskan cahaya (c) rangkaian dioda foto

Ada beberapa karakteristik dioda foto yang perlu diketahui antara lain:
 Arus bergantung linier pada intensitas cahaya
 Respons frekuensi bergantung pada bahan (Si 900nm, GaAs 1500nm, Ge 2000nm)
 Digunakan sebagai sumber arus
 Junction capacitance turun menurut tegangan bias mundurnya
 Junction capacitance menentukan respons frekuensi arus yang diperoleh



Gambar 4.4. Karakteristik Dioda Foto (a) intensitas cahaya (b) panjang gelombang
(c) reverse voltage vs arus dan (d) reverse voltage vs kapasitansi


• Rangkaian pengubah arus ke tegangan
Untuk mendapatkan perubahan arus ke tegangan yang dapat dimanfaatkan maka dapat dibuat gambar rangkaian seperti berikut yaitu dengan memasangkan resistor dan op-amp jenis field effect transistor.


Gambar 4.5. Rangkaian pengubah arus ke tegangan


3. Photo Transistor
Sama halnya dioda foto, maka transistor foto juga dapat dibuat sebagai sensor cahaya. Teknis yang baik adalah dengan menggabungkan dioda foto dengan transistor foto dalam satu rangkain.
– Karakteristik transistor foto yaitu hubungan arus, tegangan dan intensitas foto
– Kombinasi dioda foto dan transistor dalam satu chip
– Transistor sebagai penguat arus
– Linieritas dan respons frekuensi tidak sebaik dioda foto





Gambar 4.6. Karakteristik transistor foto, (a) sampai (d) rangkaian uji transistor foto



4. Sel Photovoltaik
Efek sel photovoltaik terjadi akibat lepasnya elektron yang disebabkan adanya cahaya yang mengenai logam. Logam-logam yang tergolong golongan 1 pada sistem periodik unsur-unsur seperti Lithium, Natrium, Kalium, dan Cessium sangat mudah melepaskan elektron valensinya. Selain karena reaksi redoks, elektron valensilogam-logam tersebut juga mudah lepas olehadanya cahaya yang mengenai permukaan logam tersebut. Diantara logam-logam diatas Cessium adalah logam yang paling mudah melepaskan elektronnya, sehingga lazim digunakan sebagai foto detektor.
Tegangan yang dihasilan oleh sensor foto voltaik adalah sebanding dengan frekuensi gelombang cahaya (sesuai konstanta Plank E = h.f). Semakin kearah warna cahaya biru, makin tinggi tegangan yang dihasilkan. Tingginya intensitas listrik akan berpengaruh terhadap arus listrik. Bila foto voltaik diberi beban maka arus listrik dapat dihasilkan adalah tergantung dari intensitas cahaya yang mengenai permukaan semikonduktor.


Gambar 4.7. Pembangkitan tegangan pada Foto volatik


Berikut karakteristik dari foto voltaik berdasarkan hubungan antara intensitas cahaya dengan arus dan tegangan yang dihasilkan.


Gambar 4.8. (a) & (b) Karakteristik Intensitas vs Arus dan Tegangan
dan (c) Rangakain penguat tegangan.

5. Light Emitting Diode (LED)
– Prinsip kerja kebalikan dari dioda foto
– Warna (panjang gelombang) ditentukan oleh band-gap
– Intensitas cahaya hasil berbanding lurus dengan arus
– Non linieritas tampak pada arus rendah dan tinggi
– Pemanasan sendiri (self heating) menurunkan efisiensi pada arus tinggi


Gambar 4.9. Karakteristik LED

• Karakteristik Arus Tegangan
– Mirip dengan dioda biasa
– Cahaya biru nampak pada tegangan 1,4 – 2,7 volt
– Tegangan threshold dan energi foton naik menurut energi band-gap
– Junction mengalami kerusakan pada tegangan 3 volt
– Gunakan resistor seri untuk membatasi arus/tegangan

6. Photosel
– Konduktansi sebagai fungsi intensitas cahaya masuk
– Resistansi berkisar dari 10MW (gelap) hingga 10W (terang)
– Waktu respons lambat hingga 10ms
– Sensitivitas dan stabilitas tidak sebaik dioda foto
– Untuk ukuran besar lebih murah dari sel fotovoltaik
– Digunakan karena biaya murah



Gambar 4.10. Konstruksi dan Karakteristik Fotosel


7. Photomultiplier
– Memanfaatkan efek fotoelektrik
– Foton dengan nergi lebih tinggi dari workfunction melepaskan elektron dari permukaan katoda
– Elektron dikumpulkan (dipercepat) oleh anoda dengan tegangan (tinggi)
– Multiplikasi arus (elektron) diperoleh dengan dynode bertingkat
– Katoda dibuat dari bahan semi transparan



Gambar 4.11. Konstruksi Photomultiplier

• Rangkaian untuk Photomultiplier
– Perbedaan tegangan (tinggi) tegangan katoda (negatif) dan dynode(positif)
– Beban resistor terhubung pada dynoda
– Common (ground) dihubungkan dengan terminal tegangan positif catu daya
– Rangkaian koverter arus-tegangan dapat digunakan
– Dioda ditempatkan sebagai surge protection


Gambar 4.12. Rangkaian Ekivalen dan uji Photomultiplier

• Pemanfaatan
– Sangat sensitif, dapat digunakan sebagai penghitung pulsa
– Pada beban resistansi rendah 50-1000 W, lebar pulsa tipikal 5-50 ns
– Gunakan peak detektor untuk mengukur tingat energi

• Kerugian
– Mudah rusak bila terekspos pada cahaya berlebih (terlalu sensitif)
– Perlu catu tegangan tinggi
– Mahal


8. Lensa Dioda Photo
– Lensa dimanfaatkan untuk memfokuskan atau menyebarkan cahaya
– Lensa detektor cahaya sebaiknya ditempatkan dalam selonsong dengan filter sehingga hanya menerima cahaya pada satu arah dan panjang gelombang tertentu saja (misal menghindari cahaya lampu TL dan sinar matahari)
– Gunakan modulasi bila interferensi tinggi dan tidak diperlukan sensitivitas tinggi


Gambar 4.13. Kontruksi dan karakteristik lensa dioda foto

9. Pyrometer Optis dan Detektor Radiasi Thermal
– Salah satu sensor radiasi elektro magnetik: flowmeter
– Radiasi dikumpulkan dengan lensa untuk diserap pada bahan penyerap radiasi
– Energi yang terserap menyebabkan pemanasan pada bahan yang kemudian diukur temperaturnya menggunakan thermistor, termokopel dsb
– Sensitivitas dan respons waktu buruk, akurasi baik karena mudah dikalibrasi (dengan pembanding panas standar dari resistor)
– Lensa dapat digantikan dengan cermin

Gambar 4.14. Instalasi Pyrolektrik

– Detektor sejenis: film pyroelektrik
– Dari bahan sejenis piezoelektrik yang menghasilkan tegangan akibat pemanasan
– Hanya ber-respons pada perubahan bukan DC
– Pirometer optik dapat diguanakanuntuk mengukur atau mendeteksi totalradiation dan monochromatic radiation.
10. Isolasi Optis dan Transmiter-Receiver serat optik
– Cahaya dari LED dan diterima oleh dioda foto digunakan sebagai pembawa informasi menggantikan arus listrik
– Keuntungan: isolasi listrik antara dua rangkaian (tegangan tembus hingga 3kV)
– Dimanfaatkan untuk safety dan pada rangkaian berbeda ground
– Hubungan input-output cukup linier, respons frekuensi hingga di atas 1 MHz


Gambar 4.15. Kontruksi dan karakteristik lensa dioda foto


• Rangkaian untuk isolasi elektrik
– Driver: konverter tegangan ke arus, receiver: konverter arus ke tegangan
– Hanya sinyal positif yang ditransmisikan
– Dioda dan resistor digunakan untuk membatasi arus
– Penguatan keseluruhan bergantung temperatur (tidak ada umpan balik)
– Untuk komunikasi dengan serat optik media antara LED dan dioda foto dihubungan dengan serat optik




Gambar 4.16. Rangkaian isolasi elektrik menggunakan serat optik


11. Display Digital dengan LED
– Paling umum berupa peraga 7 segmen dan peraga heksadesimal , masing-masing segmen dibuat dari LED
– Hubungan antar segmen tersedai dalam anoda atau katoda bersama (common anode atau common cathode)
– Resistor digunakan sebagai pembatas arus 100-470 W
– Tersedia pula dengan dekoder terintegrasi




Gambar 4.17. Seven segment dan rangkaian uji


Gambar 4.18. LED bar display pengganti VU meter pada amplifier


• Peraga Arus dan Tegangan Tinggi
– Peraga 7 segmen berupa gas discharge, neon atau lampu pijar
– Cara penggunaan mirip dengan peraga 7 segmen LED tetapi tegangan yang digunakan tinggi
– Untuk neon dan lampu pijar dapat digunakan transistor dan resistor untuk membatasi arusnya
– Untuk lampu pijar arus kecil diberikan pada saat off untuk mengurangi daya penyalaan yang tinggi
– Vacuum fluorecent display (VFD) menggunakan tegangan 15-35 volt di atas tegangan filament
– Untuk LED dengan arus tinggi dapat digunakan driver open collector yang umunya berupa current sink




Gambar 4.19. Seven segment neon menggunakan tegangan tinggi

12. Liquid Crystal Display (LCD)
– Menggunakan molekul asimetrik dalam cairan organic transparan
– Orientasi molekul diatur dengan medan listrik eksternal
– Polarizer membatasi cahaya lewat hanya untuk polarisasi optik tertentu saja, cahaya ini dapat kembali lolos setelah dipantulkan bila polarisasinya tidak berubah
– Medan listrik pada liquid crystal mengubah polarisasi 90o, sehingga pantulan tidak dapat melewati polarizer (tampak gelap).

Gambar 4.20. Kontruksi Liquid Crystal Display (LCD)
– Tegangan pembentuk medan listrik dibuat intermiten untuk memperpanjang umur pemakaian



Gambar 4.21. Rangkaian uji Liquid Crystal Display (LCD)


Contoh-contoh dari robot The Vision Unila
• White Floor Detector
White floor detector digunakan untuk mendeteksi keberadaan lantai putih pada saat robot berada pada home , pintu ruangan, dan daerah dekat lilin. White floor detector harus kebal terhadap pengaruh pencahayaan ruangan. Untuk melindungi dari pengaruh pencahayaan ruangan, detektor diletakkan pada kotak hitam dan dipasang di bawah chasis pertama menghadap lantai dengan jarak sedekat mungkin. Rangkaian pengkondisi sinyal white floor detector ditunjukkan pada gambar 19.

Gambar 19
Rangkaian white floor detector
Rangkaian diatas menggunakan LED infra merah sebagai emiter dan phototransistor PN163 sebagai receiver. PN163 memiliki range pendeteksian cahaya untuk panjang gelombang 700 – 1100 nm dengan puncak sensitifitas pada panjang gelombang 850 nm. Penggunaan cahaya infra merah pada sistem detektor garis putih ditujukan untuk meminimalisir kesalahan deteksi karena pengaruh kondisi pencahayaan ruangan.
Output rangkaian (WFD) adalah normal high dan apabila ada lantai putih yang terdeteksi maka output bernilai low. Pada saat lantai putih tepat berada dibawah detektor maka cahaya infra merah yang dipancarkan oleh D1 akan dipantulkan oleh lantai yang berwarna putih ke permukaan photransistor, akibatnya pada phototransistor akan mengalir sejumlah arus yang cukup besar. Kenaikan arus ini akan mengakibatkan kenaikan tegangan pada pada R2. Tegangan pada R2 kemudian dibuffer oleh U1A dengan tujuan untuk meningkatkan impendansi output. Tegangan pada output U1A kemudian akan dibandingkan dengan tegangan referensi pada output R5. Jika Jika tegangan output U1A lebih besar dari tegangan referensi maka WFD akan bernilai logika 0 (tegangan ˜ 0 Volt) dan jika sebaliknya maka WFD akan bernilai high (tegangan ˜ 3.8 Volt).
Kondisi WFD yang bernilai low akan membangkitkan interrupt pada prosessor sehingga prosessor dapat melakukan aksi yang sesuai dengan dideteksinya lantai putih.
• Flame Navigator
Flame navigator merupakan sistem yang digunakan untuk mencari letak lilin dalam ruangan yang diletakkan secara acak. Setelah memasuki ruangan, untuk dapat memadamkan api lilin maka robot harus mengetahui letak lilin dalam ruangan tersebut. Flame navigator terdiri atas dua buah phototransistor dan rangkaian pengkodisi sinyal. Masing-masing phototransistor diletakkan dalam sebuah casing yang dibentuk sedemikian rupa sehingga cahaya lampu ruangan tidak mengenai permukaan phototransistor.
Rangkaian pengkondisi sinyal flame navigator untuk phototransistor kanan (untuk phototransistor kiri sama saja) ditunjukkan pada gambar 21.

Gambar 21
Rangkaian yang membangun sistem flame navigator .
Rangkaian ini menggunakan phototransistor PN163 sebagai detector infra merah yang dipancarkan lilin. Potensiometer yang dirangkai seri dengan phototransistor digunakan untuk mengatur level tegangan yang akan masuk ke input non inverting op-amp LM324. Sinyal yang masuk ke input non inverting kemudian akan diperkuat oleh rangkaian op-amp non inverting sebesar 501 kali. Output dari rangkaian kemudian diteruskan ke ADC agar data bisa diolah oleh prosesor. Dengan mengatur nilai tahanan pada potensiometer, intensitas cahaya terkuat dapat diatur untuk menyebabkan output dari op-amp bernilai 2,56 Volt sehingga sesuai dengan level input ADC.

• Candle Detector
Sistem pendeteksian lilin digunakan oleh robot untuk memeriksa apakah suatu ruangan terdapat lilin atau tidak. Karena faktor waktu maka dalam pendeteksian keberadaan lilin dalam suatu ruangan harus dilakukan secepat mungkin. Sistem pendeteksian lilin menggunakan dua buah detektor lilin yang masing-masing detektor lilin terdiri atas tiga buah sensor infra merah. Detektor lilin dipasang pada sisi kanan dan sisi kiri robot pada chasis dasar permukaan atas seperti ditunjukkan pada gambar 24.
Right Candle detector

Left Candle detector

Gambar 24
Instalalasi candle detector
Right candle detector digunakan untuk memeriksa keberadaan lilin jika ruangan berada dikanan robot sedangkan left candle detector digunakan untuk memeriksa keberadaan lilin jika ruang yang diperiksa ada sebelah kiri robot.
Masing–masing detektor lilin terdiri atas tiga buah sensor infra merah. Sensor infra merah serong depan digunakan untuk mendeteksi intensitas infra merah pada sisi serong depan robot, sensor infra merah samping untuk mendeteksi intesitas infra merah disamping robot, dan sensor infra merah serong belakang digunakan untuk mendeteksi intensitas cahaya infra merah pada sisi serong belakang.
Sensor yang digunakan untuk mendeteksi intesitas cahaya infra merah adalah photodiode BPW41N. Photodioda BPW41N dapat mendeteksi cahaya infra merah dengan panjang gelombang berkisar antara 800 – 1100 nm dengan puncak sensitivitas pada panjang gelombang 950 nm sebagaimana ditunjukkan pada gambar 25.

Gambar 25
Grafik hubungan sensitivitas photodiode BPW41N
dengan panjang gelombang
Penggunaan dioda dengan range panjang gelombang seperti ini dimaksudkan agar detektor dapat mendeteksi nyala lilin melalui penyinaran baik langsung pada permukaan detektor atau melalui pantulan dinding.
Rangkaian pengkondisi sinyal untuk setiap sensor infra merah diwakili oleh gambar 26.

Gambar 26
Rangkaian pengkondisi sinyal sensor infra merah
Untuk menghemat pemakaian jumlah IC, pada rangkaian pengkondisi sinyal digunakan IC LM324 yang dalam satu kemasan terdapat empat buah op-amp. IC LM324 tidak memerlukan rangkaian kompensasi eksternal dan memiliki arus dan tegangan offset yang kecil yaitu sebesar 5nA dan 2mV.
Pada gambar 26 U1A digunakan sebagai konverter arus ke tegangan dengan faktor sebesar 1000 kali (diatur oleh R3) karena arus balik photodioda berkisar antara 1 sampai 100 uA maka ouput dari U1A adalah berkisar dari -1 sampai -100 mV. Tegangan negative ini kemudian diperkuat lagi oleh rangkaian inverting amplifier hingga pada nilai yang sesuai dengan level input ADC yang bekerja pada tegangan referensi 2,56 V. Besarnya penguatan ini dilakukan dengan mengatur nilai potensimeter R1.
Karena terdapat 6 buah sensor infra merah maka jika pembacaan dan pengolahan data langsung dilakukan prosesor utama (AT89S52) maka tentu akan menurunkan unjuk kerja sistem sehingga untuk keperluan ini digunakan kontroler tambahan. Kontroler yang digunakan untuk melakukan pembacaan data intesitas cahaya infra merah serta pengolahan data adalah mikrokontroler AT89C2051. Diagram rangkaian kontroler untuk candle detector ditunjukkan pad gambar 27.

Gambar 27
Kontroler untuk candle detector
Pada rangkaian kontroler candle detector, pin CLK, X_CLK, SEL, READ, IR_INT terhubung ke prosesor utama. Pin CLK menerima sinyal detak 500 kHz untuk keperluan konversi data ADC. Pin X_CLK merupakan pin yang menerima clock eksternal agar mikrokontroler AT89C2051 dapat bekerja. Pin SEL dan READ merupakan pin control pembacaan data oleh prosesor terhadap kontoler dan pin IR_INT akan menginformasikan kepada prosesor mengenai hasil pembacaan detektor lilin.
Jika sinyal READ low maka kontroler akan mulai melakukan pembacaan data intesitas cahaya infra merah dari detektor yang ditunjukkan oleh sinyal SEL. Jika Sinyal SEL low maka akan dilakukan pembacaan intensitas oleh sensor infra merah pada left candle detector dan jika SEL high maka akan dilakukan pembacaan oleh sensor infra merah pada right candle detector . Hasil pembacaan kemudian akan dibandingkan dengan intensitas infra merah referensi. Jika hasil pembacaan intensitas dari ketiga sensor infra merah lebih kecil dari intensitas referensi maka pin IR_INT tetap dipertahankan high dan pembacaan intensitas cahaya inframerah tetap dilakukan. Namun jika intensitas cahaya infra merah yang terukur lebih besar dari intensitas referensi maka kontroler akan menghentikan pembacaan dan menset pin IR_INT low untuk menginformasikan kepada prosesor bahwa telah ditemukan lilin pada ruangan yang diperiksa (kanan atau kiri robot).
Sistem Pengendalian
Sistem pengendalian robot yang dilakukan oleh prosesor ditunjukkan pada gambar 8.

Gambar 8
Diagram sistem pengendalian robot

Objek utama dalam sistem pengendalian robot adalah kecepatan perputaran motor kanan dan motor kiri yang terporos dengan roda kanan dan roda kiri, serta penyalaan motor kipas. Arah dan kecepatan perputaran motor kanan dan motor kiri menentukan jenis pergerakan robot. Dalam menentukan kecepatan pergerakan robot, prosesor memperoleh umpan balik data kecepatan perpindahan linear dari velocity detector . Untuk menentukan arah pergerakan robot pada saat menjelajahi arena, prosesor memperoleh data posisi robot dari proximity detector . Sistem pendeteksi jarak ini memberikan informasi posisi robot terhadap dinding kanan, dinding kiri dan dinding depan.
Robot akan start setelah memperoleh perintah berupa sinyal suara 3,5 kHz yang dibunyikan selama 2 detik. Untuk mendeteksi sinyal ini, prosesor memperoleh informasi dari 3,5 kHz tone detector .
Candle detector menentukan apakah dalam suatu ruangan yang diperiksa terdapat nyala api lilin atau tidak. Informasi ini digunakan oleh robot untuk menentukan apakah robot akan memasuki ruangan tersebut atau tidak untuk melakukan pemadaman api. Jika didalam ruangan di informasikan ada lilin maka robot akan memasuki ruangan sambil memeriksa informasi yang diperoleh white floor detector . Sistem ini akan memeriksa keberadaan garis putih yang terdapat pada pintu masuk ruangan. Selain itu detektor ini juga digunakan untuk mendeteksi lingkaran putih pada home dan tempat peletakan lilin. Setelah berada dalam ruangan, robot memerlukan informasi letak lilin dalam ruangan tersebut. Informasi ini diberikan oleh intensitas cahaya yang dideteksi oleh sistem flame navigator . Robot kemudian akan mendekati lilin hingga dideteksi kembali garis putih. Setelah garis putih terdeteksi kembali, robot akan berhenti dan menyalakan motor kipas.
Sinyal output dari proximity detector, velocity detector, dan flame navigator adalah berupa sinyal analog sehingga dibutuhkan ADC (Analog to Digital Converter) untuk mengubah data analog menjadi data digital agar prosesor dapat memperoleh informasi dari sistem tersebut. Sedangkan sinyal keluaran dari candle detector, 3,5 kHz tone detector, dan white floor detector adalah berupa sinyal dengan level logika (0 dan 5 volt) sehingga sinyal ini tidak memerlukan pengkonversian data oleh ADC.
• Sub Rutin Go to Candle
Sub rutin go to candle adalah cara robot mendekati lilin pada saat lilin telah ditemukan. Pada sub rutin ini robot menggunakan informasi intensitas cahaya yang diterima oleh flame navigator yang terdiri atas dua sensor cahaya kanan dan kiri. Robot akan membandingkan intesitas cahaya yang diterima sensor cahaya kanan dan intensitas cahaya yang diterima sensor cahaya kiri. Jika kedua intesitas cahaya telah sama maka artinya robot telah menghadap ke lilin. Sistem pengendalian motor kanan pada rutin go to candle ditunjukkan pada gambar 15. Pengendalian untuk motor kiri adalah sama dengan gambar 15 kecuali output dari sistem K pi adalah dijumlahkan dengan S d .

Gambar 15
Diagram sistem pengendalian motor kanan
pada sub rutin go to candle

Pada gambar 15, ? menyatakan sudut antara muka depan robot dengan lilin. Jika lilin lebih berada pada arah sisi kiri robot maka ? negatif dan jika lilin berada lebih pada arah sisi kanan robot maka ? positif. ? negatif akan mengakibatkan I R < I L sehingga sistem kontrol akan mempercepat perputaran motor kanan dan memperlambat motor kiri dan sebaliknya jika ? positif maka I R > I L sehingga sistem kontrol akan memperlambat perputaran motor kanan dan mempercepat perputaran motor kiri. Jika I R = I L maka robot akan berjalan dengan kecepatan konstan sebesar S d hingga white floor detector menemukan lingkaran putih tempat peletakan lilin.
Sesuai dengan gambar 15 maka duty cycle yang diberikan untuk masing-masing motor adalah :


• Sub Rutin Turn Right
Turn right adalah sub rutin berbelok kekanan ketika jarak antara robot dengan dinding depan telah berada pada nilai tertentu. Sub rutin ini banyak digunakan untuk dikombinasikan dengan sub rutin left wall following ketika dijumpai ada dinding didepan robot. Sub rutin turn right sangat mirip dengan sub rutin left wall following kecuali bahwa jarak yang diukur (D) adalah jarak antara robot dengan dinding depan dan D d adalah jarak referensi antara robot dengan dinding depan untuk mulai melakukan sub rutin turn right.
• Sub Rutin Turn Left
Adalah sub rutin berbelok kekiri ketika jarak antara robot dengan dinding depan telah berada pada nilai referensi tertentu dimana pada saat itu robot sedang melakukan sub rutin right wall following . Sub rutin turn left sangat mirip dengan rutin right wall following kecuali bahwa jarak yang diukur (D) adalah jarak antara robot dengan dinding depan dan D d adalah jarak referensi antara robot dengan dinding depan untuk mulai melakukan rutin t urn left.
• Sub Rutin Turn Left Open
Sub rutin ini digunakan untuk memutar badan robot kekiri sejauh 90 0 dengan tanpa mengambil feedback dari alat instrumentasi robot. Dengan memutar roda kanan kedepan dan roda kiri kebelakang dengan jumlah putaran tertentu maka robot akan berputar kearah kiri sejauh 90 0 .
• Sub Rutin Turn Right Open
Sama seperti sub rutin turn left open hanya saja arahnya ke kanan.
• Sub Rutin Pivot Right
Sub Rutin pivot right adalah sub rutin berputar kekanan hingga sudut tertentu sesuai dengan feedback posisi robot yang diperoleh. Sub rutin ini akan digunakan pada rutin pulang ke home untuk ruangan 1.
• Sub rutin Pivot Left
Sama seperti sub rutin pivot right hanya saja arahnya kekiri. Sub rutin ini digunakan pada rutin pulang ke home untuk ruangan 2, 3, dan 4.

4 komentar:

Anonim mengatakan...

tahu cara gampang buat generator piezoelektrik kalau punya kirim ke emailku dong p4m4n@yahoo.com

Anonim mengatakan...

kalo tentang sensor mekanik ada gk om?
klo ada kirim ke almat ni yah m4r_mut@yahoo.co.id

david mengatakan...

mas klo boleh tanya, gambar2nya di mana ya mas? koq ga keluar? klo bisa reply di e-mailq agak cepet ya mas... cz ini perlu presentasi... makasih mas, maaf ngerepotin mas...
materinya bagus banget soale..

alamat e-mailq,
bemo_dsw@yahoo.com

Anonim mengatakan...

gambare ndi..?