Sensor-sensor yang digunakan robot untuk memperoleh informasi keadaan lingkungan terintegrasi dalam sistem-sistem detektor seperti proximity detector, velocity detector, flame navigator, candle detector, white floor detector, dan 3,5 kHz tone detector .
• Proximity Detector
Proximity detector digunakan untuk mengetahui posisi robot terhadap dinding kanan, dinding kiri, dan dinding depan. Dengan diketahuinya posisi ini maka robot dapat memberikan keputusan gerakan apa yang akan dilakukan. Pada sistem pendeteksi jarak digunakan tiga buah sensor pengukur jarak yang dipasang pada sisi kiri, kanan, dan depan robot. Sensor jarak kanan dan sensor jarak kiri dipasang mengarah ke samping dengan sudut 60 0 dari arah depan. Hal ini ditujukan agar pembacaan jarak lebih sensitif karena dengan perubahan sedikit arah robot maka akan mengakibatkan perubahan jarak yang besar antara robot dengan dinding yang diukur. Jarak antara masing-masing sensor dengan tepi chasis robot adalah 8 cm karena sensor ini akan salah dalam melakukan pembacaan untuk jarak dibawah 8 cm.
Sensor jarak yang digunakan adalah sensor jarak tipe GP2D12 yang diproduksi olehSharp . GP2D12 adalah sensor jarak yang menggunakan prinsip triangulation (prinsip segitiga) untuk mengukur jarak. Sensor ini terdiri atas sebuah LED infra merah yang menghasilkan cahaya infra merah termodulasi yang dipancarkan ke objek yang hendak diukur jaraknya dan sebuah array CCD yang berfungsi sebagai detektor infra merah yang akan menerima pantulan cahaya infra merah dari objek yang diukur.
Beberapa karakteristik dari sensor jarak GP2D12 adalah :
• Power supply 4,5 - 5,5 Volt.
• Output berupa tegangan analog yang berkisar antara 0,4 – 2,5 Volt.
• Pembacaan jarak tidak begitu dipengaruhi oleh warna objek yang diukur
• Dapat mendeteksi objek dengan jarak berkisar antara 8 cm – 80 cm
• Tidak membutuhkan rangkain kontrol eksternal
• Tidak begitu dipengaruhi oleh kondisi pencahayaan ruangan
Paket sensor GP2D12 ditunjukkan pada gambar 17.
Gambar 17
Bentuk fisik dari sensor jarak GP2D12
dengan kabel penghubungnya
Sensor GP2D12 memiliki tiga buah pin yaitu untuk Vcc, Ground dan Vo (tegangan output). Karakteristik tegangan output dari sensor ditunjukkan pada gambar 18.
Gambar 18
Grafik karakteristik tegangan output sensor GP2D12 terhadap jarak
Karena tegangan output sensor untuk pembacaan jarak yang valid berkisar antara 0,4 – 2,5 Volt maka sensor ini tidak lagi membutuhkan rangkaian pengkondisi sinyal. Masing –masing output dari sensor jarak dapat langsung dihubungkan ke ADC0809 yang tegangan referensi telah diatur sebesar sebesar 2,56 volt.
Metoda Pengolahan Data Jarak
Karena grafik hubungan jarak terhadap tegangan output sensor tidak linear maka dalam pengolahan data dalam prosesor dilakukan dengan menggunakan metoda look up table . Dalam metoda ini dibutuhkan memory dalam ROM sebesar 255 byte untuk pemetaan data jarak. Dalam look up table tersebut diisikan data-data jarak untuk setiap data tegangan yang diperoleh dari ADC mulai dari tegangan 0 sampai 2,55 Volt. Karena output valid sensor adalah berkisar antara 0,4 sampai 2,5 Volt maka dilakukan pembagian tiga zona pengisian data :
• Tegangan input 0,00 Volt sampai 0,39 Volt dinyatakan sebagai kondisi sangat jauh tanpa mendefinisikan jaraknya.
• Tegangan input 0,40 Volt sampai 2,50 Volt adalah merupakan tegangan valid sehingga akan dilakukan penerjemahan data tegangan ke jarak sesuai dengan data yang ada pada grafik hubungan jarak terhadap tegangan output sensor GP2D12 seperti pada gambar 18.
• Tegangan input 2,51 Volt sampai 2,55 volt dinyatakan sebagai kondisi terlalu dekat tanpa mendefinisikan jaraknya.
• 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.
• 3,5 kHz Tone Detektor
Tone detector digunakan untuk mendeteksi sinyal suara dengan frekuensi 3, 5 kHz. Setelah sinyal suara ini terdeteksi maka robot akan aktif untuk melakukan pencarian lilin.
Rangkaian 3,5 kHz tone detector ditunjukkan pada gambar 20. Rangkain ini memiliki output normal high dan akan memberikan sinyal low apabila frekuensi input berada pada bandwidth yang telah ditetapkan. Sinyal low pada output detektor akan menginformasikan kepada prosesor untuk men-start robot.
Gambar 20
Rangkaian 3,5 kHz tone detector
Rangkaian tone detector menggunakan IC LMC567 yang merupakan IC khusus untuk pendeteksian suara dengan frekuensi pendeteksian yang dapat diatur. Nilai Rt dan Ct menentukan besarnya frekuensi puncak input pendeteksian. Untuk mencari Rt dan Ct digunakan persamaan :
dengan menentukan Fin pada nilai 3,5 kHz maka dapat ditentukan nilai Rt sebesar 9,8k dan nilai Ct sebesar 10nF.
Rangkaian tone decoder menggunakan mic condenser untuk menangkap sinyal suara untuk kemudian diubah menjadi sinyal listrik. Output dari mic kemudian dikuatkan oleh rangkaian op-amp inverting sebesar 500 kali. Karena op-amp hanya menggunakan power supply tunggal positif maka sinyal yang berasal dari mic diperkuat pada tegangan referensi 2,5 Volt sehingga tegangan output turun naik pada kisaran 2,5 Volt. Tegangan referensi ini diperoleh dengan cara memberikan tegangan sebesar 2,5 Volt pada input non inverting amplifier melalui rangkaian pembagi tegangan. Kemudian setelah mengalami penguatan, sinyal DC pada sinyal output dihilangkan dengan cara melewatkan sinyal tesebut pada kapasitor 0,01 uF.
• 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.
• Velocity Detector
Detektor kecepatan digunakan untuk mengukur kecepatan robot pada suatu saat. Informasi kecepatan pergerakan robot dibutuhkan karena sistem pengontrolan adalah secara close loop dan kecepatan pergerakan robot pada beberapa tempat dalam arena pertandingan adalah berbeda. Pengontrolan kecepatan secara close loop adalah sangat berguna ketika robot dipercepat dari keadaan diam menuju ke suatu kecepatan tertentu yang telah ditetapkan. Disini sistem pengendalian close loop akan membaca kecepatan pada saat itu untuk kemudian membandingkan dengan kecepatan yang diinginkan. Hasil pembandingan kecepatan digunakan sebagai koreksi untuk memperbesar atau memperkecil supply daya yang diberikan ke motor dengan pengaturan nilai duty cycle PWM.
Velocity detector terdiri atas sebuah encoder dan rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan (Frequncy to Voltage Converter /FTVC) . Ada dua buah velocity detector yaitu satu untuk pengukur kecepatan perputaran roda kanan dan satu untuk mengukur kecepatan perputaran roda kiri. Encoder dalam sistem ini digunakan untuk mengubah kecepatan perputaran roda menjadi sinyal persegi yang frekuensinya sebanding dengan kecepatan perputaran roda. Jenis encoder yang digunakan adalah jenis shaft encoder yang dipasang satu poros dengan roda. Jenis encoder ini dapat diperoleh dari mouse computer dengan jumlah celah sebanyak 36 buah .
Untuk dapat mengubah kecepatan perputaran menjadi sinyal persegi dibutuhkan sebuah phototransistor dan sebuah LED infra merah dengan dengan rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 22.
Pada gambar 22 apabila disk shaft encoder berputar maka ini akan menyebkan cahaya infra merah yang dipancarkan LED akan diterima oleh phototransistor secara terputus-putus sehingga output rangkaian pengkondisi sinyal akan berbentuk sinyal persegi.
Gambar 22
Rangkaian pengkondisi sinyal shaft encoder
.
Sebelum masuk ke FTVC sinyal dilewatkan terlebih dahulu ke schmit trigger 74F14 untuk memperhalus dan mempertegas logika sinyal. Pada FTVC ( frekuensi to voltage converter ) dilakukan pengkonversian frekuensi sinyal menjadi tegangan. Rangkaian FTVC ditunjukkan pada gambar 23. Rangkaian FTVC menggunakan IC LM2917 yang merupakan IC khusus untuk keperluan konversi frekuensi menjadi tegangan.
Gambar 23
Rangkaian frequency to voltage converter
Tegangan output dari FTVC ditentukan oleh persamaan :
Vcc yang digunakan adalah 5 Volt. Vout berkisar antara 0- 2,56Volt. Dengan Vout max = 2,56 volt, nilai R1 dan C1 akan diketahui seteleh mengetahui kecepatan maksimal robot (Finmax diketahui) dan ini akan dicari pada saat pengujian robot. Nilai C2 pada rangkaian diatas menentukan besarnya tegangan ripple yang nilainya dapat dicari setelah Finmax diketahui.
• 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 untukcandle 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 padaright 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).
0 comments:
Posting Komentar