INTERFACING DENGAN KOMPUTER DAN MIKROKONTROLLER

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.

(Sumber: Terjemahan dan cuplikan dari berbagai sumber)

BIOGRAFI PENULIS

Ir. Sony Sumaryo

[deskripsi penulis]