2.1 Sensor
Sebagai Masukan
Saat ini umumnya untuk masukan robotik digunakan sensor. Banyak sekali
jenis sensor yang ada tetapi semuanya mempunyai tujuan yang sama yaitu
menyediakan data untuk robot yang digunakan untuk membuat keputusan secara
inteligent.
2.1.2 Jenis Sensor
Secara umum ada dua macam sensor:
- Sensor
Digital: keluarannya berupa on/off atau benar/salah. Sebagai contoh sensor
saklar, saklar dapat buka atau tutup.
- Sensor
Analog: keluarannya berupa nilai dalam range tertentu, biasanya berupa
tegangan. Dalam banyak kasus, sensor itu sendiri keluarannya adalah berupa
arus atau hambatan yang kemudian dikonversi oleh rangkaian eksternal
menjadi besaran tegangan.
Keluaran tegangan tersebut kemudian diumpankan ke komputer, mikrokontroller
atau perangkat elektronika lainnya. Dalam kasus sensor digital, rangkaian
elektronika robot hanya tertarik apakah tegangannya logik LOW (biasanya 0 volt)
atau logik HIGH (biasanya 5 volt). Sensor digital tersebut dapat secara
ölangsung dihubungkan ke komputer pengontrol robot tanpa tambahan rangkaian
interfacing. Dalam kasus sensor analog, dibutuhkan rangakain tambahan
”analog-to-digigital converter” (ADC) sebelum dapat dihubungkan ke komputer.
Gambar 2.1 Sensor Digital
dan Analog
Sensor yang ada saat ini yang sesuai untuk robotik :
- Sonar ranger finder. Memantulkan gelombang suara untuk
menentukan jarak. Jangkauannya 30 – 40 feet.
- Sonar proximity or movement. Memantulkan gelombang suara untuk
menentukan/menandakan jika robot dekat dengan suatu obyek (disebut juga:
”proximity detection”). Jangkauannya 0 inch – 20/30 feet.
- Infrared range finder or proximity. Memantulkan cahaya inframerah digunakan
untuk menentukan jarak dan kedekatan terhadap suatu obyek. Jangkauannya 0
inch – 2 atau 3 feet.
- Light sensor. Mendeteksi ada atau tidak adanya suatu
cahaya.
- Pyroelectric Infrared. Mendeteksi pola panas dan sering
digunakan untuk deteksi gerakan.
- Speech input or recognition. Sensor ini dapat memolakan voice dan
speech (suara dan percakapan) untuk digunakan memberi perintah kepada
robot.
- Sound. Mendeteksi suara.
- Contact switches. Sensor sentuh.
- Accelerometer. Digunakan untuk mendeteksi perubahan
kecepatan dan/atau daya tarik gravitasi bumi. Digunakan untuk menetukan
jarak tempuh yang telah dilewati oleh robot.
- Gas or smoke. Untuk mendeteksi gas atau asap.
- Temperature. Untuk menedeteksi panas.
2.2 Motor dan
Keluaran Lainnya
Robot menggunakan keluaran untuk melakukan beberapa aksi fisik. Sering
satu atau lebih motor dipasang pada keluaran untuk menggerakkan robot.
Robot bukan satu-satunya cara untuk menggerakkan robot. Robot dapat
menggunakan Solenoid, sistem pneumatic atau sistem tekanan hydraulic. Tidak
menjadi masalah papaun sistem yang digunakan robot untuk bergerak, konsep
dasarnya sama: rangkaian pengontrol robot (misalkan komputer) menyediakan
tegangan keluaran yang akan menghidupkan motor, solenoid dan pompa. Ketika
tegangan ditiadakan maka motor dan lain-lain akan berhenti bekerja,
Keluaran Umum Lainnya
- Bunyi (Sound).
Misalkan menggunakan bel sirine.
- Suara (Voice).
Misalnya menggunakan kaset rekaman atau synthesizer, sehingga komunikasi
robot tampak lebih manusiawi.
- Indikasi
Visual. Contohnya menggunakan LED, LCD dan lain-lain.
2.3
Arsitektur Input dan Output
Parallel Interface
Dalam parallel interface beberapa bit (multiple bit) ditransfer pada satu
saat dengan menggunakan (umumnya) delapan saluran (kawat) terpisah. Paralel interface cocok untuk
kecepatan tinggi karena lebih banyak informasi yang dapat dikirim.
Serial Interface
Interface serial pada sisi lain membutuhkan sedikit saluran I/O karena data
dikirimkan pada saluran tunggal. Tambahan saluran I/O diperlukan untuk
pewaktuan dan koordinasi antara pengirim dan penerima.
2.4
Interfacing Keluaran
Biasanya rangkaian keluaran membutuhkan lebih banyak tegangan dan arus
daripada rangkaian pengontrol (dengan mikrokontroller, computer). Sehingga kita
membutuhkan rangkaian power driver untuk mengubah sinyal 0-5 volt (off/on) yang
dikeluarkan rangkaian pengontrol ke level arus atau tegangan yang diperlukan
oleh output. Gambar berikut menunjukkan berbagai macam pendekatan rangkaian.
Gambar 2.2 Interface Relay
Gambar 2.3 Interface
Transistor Bipolar
Gambar 2.4 Interface Mosfet
Daya
Gambar 2.5 Interface
Komponen Diskrit H-Bridge
Gambar 2.6 Interface dengan
IC H-Bridge
Gambar 2.7 Interface dengan
Non-inverting Buffer
2.5
Interfacing Input Digital
Bagian ini menerangkan cara umum untuk menghubungkan masukan digital ke
rangkaian pengontrol (mikrokontroller, mikroprosesor) dari robot anda.
Konsep Dasar Interface
Switch dan sensor digital lainnya (on/off) dapat dihubungkan langsung ke
rangkaian pengontrol. Rangkaian gambar berikut menunjukkan beberapa teknik.
Gambar 2.8 Hubungan Langsung
Input Switch/Digital
Interfacing dari Level Tegangan yang Berbeda
Beberapa rangkaian digital beroperasi pada level tegangan yang berbeda dari
rangkaian pengontrol elektronik. Sebagai contoh rangkaian dengan menggunakan
CMOS beda level tegangannya dengan TTL. Gambar 2.11 berikut memperlihatkan
rangkaian interface TTL (5 volt) ke rangkaian CMOS dengan menggunakan sumber
daya yang berbeda. Sedangkan gambar 2.12 memperlihatkan rangkaian sebaliknya.
Gambar 2.9 Masukan Rangkaian
Debouncer
Gambar 2.10 Buffaer Masukan
untuk mengisolasi masukan dengan keluaran
Gambar 2.11 Interface
rangkaian pengubah level TTL ke CMOS
Gambar 2.12 Interface
rangkaian pengubah level CMOS ke TTL
Penggunaan Opto-Isolator
Pada rangkaian ini, kedua sisi rangkaian menggunakan hubungan ground
bersama-sama. Setiap sisi rangkaian disuplay oleh catu dayanya masing-masing,
sehingga kita dapat menggunakan rangkaian ini untuk pergeseran level tegangan,
sebagai contoh sinyal level + 5 VDC ke sinyal +12VDC.
Gambar 2.13 Rangkaian Opto-Isolator
Rangkaian Proteksi Masukan Diode Zener
Gambar 2.14 Rangakain Dioda
Zener
2.6 Interfacing
Input Analog
Voltage Comparator (Pembanding Tegangan)
Komparator sangat bermanfaat ketika kita tidak tertarik untuk mengetahui
lebih jauh kemungkinan level tegangan masukan, tetapi kita ingin mengetahui
kapan level masukan tersebut telah melebihi batas atau threshold tertentu.
Gambar berikut contoh rangkaian komparator, dimana dengan potensiometer (reference voltage) kita dapat mengatur
besarnya tegangan threshold.
Gambar 2.15 Rangkaian
komparator masukan
Rangkaian Penguatan Sinyal
Kebanyakan sinyal analog masukan memiliki karakteristik tegangan yang tidak
cukup tinggi yang bermanfaat untuk rangkaian kontrol elektronik. Dalam kasus
tersebut kita perlu memperkuat sinyal masukan tersebut dengan menggunakan
Transistor atau Operational Amplfier (Op-amp).
Gambar
2.16 Peng
uat Op-amp
Buffer Sinyal
Rangkaian kontrol elektronik bila dipasang dengan
sensor dapat membuat sinyal sensor tersebut ”drop”. Hal ini disebabkan karena
impedansi masukan dari rangkaian elektronika yang rendah. Keadaan tersebut
dapat diatasi dengan rangkaian buffer. Rangkaian buffer pada dasarnya sama
dengan rangkaian penguat tetapi dengan penguatan 1.
Gambar
2.17 Buffer
Rangkaian Analog lainnya
Potensiometer membentuk pembagi tegangan ketika
dihubungkan seperti rangkaian pada gambar 2.18. Besarnya tegangan bervariasi
mulai dari ground dan +V dan tak ada penguatan.
Gambar
2.18 Rangkaian Potensiometer
Sel Cds
(Cadmium-sulfide) pada dasarnya adalah resistor variabel. Bila disusun seri
dengan resistor lainnya membentuk pembagi tegangan. Besarnya tegangan
bervariasi mulai dari ground dan +V dan tak ada penguatan.
Gambar
2.19 Rangkaian Sel Cds
2.7
Penggunaan ADC dan DAC
ADC (Analog –to-Digital Conversion)
Komponen ADC akan mengkonversi perubahan kecil nilai analog ke angka-angka
biner yang berbeda. Makin kecil perubahan sinyal analog yang diperlukan untuk
menghasilkan angka biner yang berbeda, makin tinggi ”resolusi” rangkaian ADC. Resolusi
dari konversi tergantung pada jangkauan/bentangan tegangan (voltage span) umumnya 0 – 5 volt dan
jumlah bit yang digunakan untuk nilai biner, misalkan 8 bit.
Misalkan jangkauan tegangan 10 volt dan 8 bit untuk merepresentasikan
berbagai level tegangan tersebut. Dengan penggunaan 8 bit maka ada 28 =
256 kombinasi yang berbeda, sehingga voltage span 10 volt akan
direpresentasikan oleh 256 nilai yang berbeda. ADC tersebut akan memiliki
resolusi : 10 V / 256 = 0.039 Volt per step.
Dalam implementasinya rangkaian ADC lebih mudah digunakan
rangkaian/komponen IC ADC. Beberapa karakteristik komponen ADC yang penting
adalah: single atau multiplexed input,
bit resolution, parallel or serial output.
Gambar 2.20 Komponen ADC
multiplexed input: ADC0809
Gambar 2.21 Komponen ADC
single input: ADC0804
Rangkaian DAC (Digital-to-Analog Conversion) merupakan kebalikan dari ADC. Dengan
DAC, sinyal digital dikonversi ke sinyal analog.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar