Pengertian dan Prinsip Kerja Sensor HC-SR04

Sensor HC-SR04

      Sensor HC-SR04 adalah merupakan gabungan dari sensor jarak dengan gelombang ultrasonic, dimana sensor terdapat dua bagian yaitu Receiver (R) dan Transmitter (T) yang dimana mempunyai fungsi sebagai penghasil gelombang dan penerima gelombang. Sensor Ultrasonik memiliki range 2cm-400cm, akurasinya mencapai 3mm, 15°. Sensor ini biasanya digunakan untuk mengukur jarak.

Gambar Sensor HC-SR04

Gambar diatas merupakan bentuk fisik dari sesnsor ultrasonic HC-SR04 yang mempunyai 4 pin diantaranya sebagai berikut :

1. VCC (supply 5 Volt)
2. Trig (Trigger Pulse Output)
3. Echo (Echo Pulse Input)
4. GND (0 Volt Ground)

Prinsip Kerja HC-SR04

Secara umum, prinsip kerja pada modul sensor ultrasonik HC-SR04 adalah sebagai berikut :

1. Masukan trigger dibutuhkan untuk memulai perhitungan jarak. Pada pin trigger digunakan untuk memberikan sinyal level tinggi selama 10uS high level signal.
2. HC-SR04 akan mengirim pulsa burst sebanyak 8 cycle atau 40 kHz dan menunggu sinyal kembali di pin echo.
3. Pin echo digunakan untuk mendeteksi sinyal yang kembali dan menyatakan jarak sensor terhadap objek yang proporsional antara jarak dengan lebar pulsa.
4. Jarak dikalkulasikan antara interval waktu dengan signal trigger yang dikirim dan signal echo yang diterima.

      Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar frekuensi di atas frekuensi gelombang suara yang lebih dari 20 kHz. Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik. Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan dan diterima oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda di depannya (bidang pantul).

Prinsip kerja dari sensor HC-SR04 dapat ditujukan dalam gambar dibawah ini :

Gambar Prinsip Kerja Sensor HC-SR04

Pemancar Ultrasonik (Transmittet)

      Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi di atas 20 kHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonic.

Gambar Rangkaian Pemancar Gelombang Ultrasonik

Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut :

1. Sinyal 40 kHz dibangkitkan melalui mikrokontroler.
2. Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3Kohm (pada gambar diatas resistor bernilai 1Kohm) resistor tersebut digunakan sebagai pengaman ketika sinyal tersebut membias maju komponen dioda dan transistor.
3. Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang tersusun atas komponen dioda dan transistor yang di rangkai seperti pada gambar diatas.
4. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1, Kemudian arus tersebut membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kaki kolektor (pada T1) akan bernilai besar sesuai dengan penguatan dari transistor.
5. Ketika sinyal dari masukan berlogika rendah (0V) maka arus akan melewati dioda D2, kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kaki kolektor T2 akan bernilai besar susuai dengan penguatan dari transistor.
6. Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tegangan menjadi 2,5 Volt. Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak-balik dengan Vpp sebesar 5Volt (+2,5V s.d. -2,5V).

Penerima Ultrasonik (Receiver)

      Receiver  akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor dengan penghalang mencapai jarak minimum untuk kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler).

Gambar Rangkaian Penerima Gelombang Ultrasonik

Prinsip kerja dari rangkaian penerima gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut :

1. Sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor penguat Q2.
2. Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High Pass Filter pada frekuensi >40 kHz oleh rangkaian transistor Q1.
3. Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan difilter, kemudian sinyal tersebut disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2.
4. Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian low pass filter pada frekuensi <40 kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4.
5. Sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3.
6. Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang akan di proses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya.

Pembacaan Sensor HC-SR04

      

Gambar Pembacaan Ultrasonik

Langkah-langkah untuk pembacaan pada Sensor HC-SR04 sebagai berikut :

1. Untuk menghubungkan sensor HC-SR04, pin VCC dan GND dihubungkan ke +5Volt dan GND pada Arduino serta pin Trigger dan Echo terhubung dengan pin digital Arduino.
2. Inisialisasi pin Trigger sebagai OUTPUT dan Echo sebagai INPUT.
3. Set baud rate untuk pembacaan Serial dengan nilai 9600.
4. Picu pin Trigger dengan logika HIGH selama 10uS
5. Gunakan fungsi pulseIn(echoPin, HIGH); sehingga didapatkan waktu total pemantulan (Δt) dalam satuan mikrosekon (uS).

      Rumus pembacaan jarak pada sensor ultrasonik (HC-SR04) dapat ditentukan sebagai berikut.

                       

                                                      d=Δt/2 x S

                                         d        : jarak terukur
                                         Δt       : jumlah waktu pembacaan (tpancar + tpantul)
                                         S        : kecepatan pancar ultrasonik (344 m/s)

Sumber :

• https://bit.ly/3BOkWQV
• http://www.micropik.com
• http://eprints.undip.ac.id
• http://repository.usu.ac.id