Bagi para pengendara mobil mungkin parkir ditempat yang sempit merupakan suatu hal yang biasa namun membutuhkan keahlian lebih agar dapat menempatkan posisi mobil dengan baik. Pengendara bisanya menggunakan kaca spion sebagai alat bantunya, dengan asumsi tidak ada tukang parkir yang membantu. Alat ini akan memberitahukan jarak saat ini terhadap benda disekeliling kendaraan. Alat ini sangat membantu ketika mobil berjalan mundur masuk ke garasi, dengan cara menunjukkan berapa meter jarak antara dinding garasi dengan bemper mobil tanpa perlu menggunakan mikrokontroller.
Dengan tidak digunakannya mikrokontroller dalam aplikasi ini maka biaya untuk membuat aplikasi ini tidak terlalu mahal dan juga lebih mudah karena tidak perlu membuat program dan kemudian memprogram IC mikrokontroller tersebut. Hal ini juga akan menghemat waktu pembuatan aplikasi ini. Walaupun tidak menggunakan mikrokontroller ketelitian pengukuran alat ini cukup baik jika dibandingkan dengan menggunakan mikrokontroller.
Pada mobil-mobil sedan yang mewah alat ini sudah merupakan standar keamanan berkendara yang baik. Alat ini bisanya diletakkan di sudut bemper mobil ke arah depan atau di bemper belakang mobil sehingga jika sensor diaktifkan maka jarak terdekat antara badan mobil dengan dinding atau dengan mobil terdekat dapat diketahui.
Selain aplikasi diatas, Super Sonic Range dapat digunakan pada robot, kendali mobil otomatis, bahkan alarm sekalipun.
Suara Ultrasonic
Suara super sonic merupakan getaran suara dengan frekuensi di atas 40 KHz. Suara ultrasonic ini tidak dapat didengar oleh manusia sehingga tidak menggangu manusia ataupun hewan di dalam penggunaannya.
Prinsip Kerja Alat
Prinsip kerjanya tidak berbeda dengan prinsip dari penggunaan gelombang suara ultra sonic oleh binatang kelelawar. Binatang malam ini tidak memiliki penglihatan yang peka di malam hari. Kelelawar hanya mengandalkan indera penciuman dan pendengarannya yang tajam. Indera penciumannya digunakan oleh kelelawar untuk mencari mangsa sedangkan indera pendengarannya yang tajam digunakan untuk mengetahui posisinya terhadap benda tertentu.
Pada dasarnya kepakan sayap kelelawar merupakan sumber suara ultra sonic. Tetapi untuk dapat mengetahui posisinya, kelelawar biasanya mengeluarkan suara ultra sonic yang kemudian memantul jika mengenai halangan didepan. Pantulan inilah yang digunakan oleh kelelawar untuk mengetahui jarak antara kelelawar dengan benda di depannya. Prinsip yang digunakan oleh kelelawar inilah yang ditiru untuk digunakan pada alat ini. Getaran suara 40 KHz dipancarkan oleh sebuah transduser dan pantulan getaran ultra sonic tersebut diterima pada transduser yang lain. Jeda waktu antara penembakan getaran ultra sonic dan penerimaan getaran pantul adalah sebanding dengan jarak antara transduser dengan dinding.
Gambar 1
Jarak antara transmitter dan receiver (x) cukup dekat sehingga sudut pantulnya kecil sehingga jarak (s) tidak terpengaruh oleh sudut pantul tersebut. Jarak dapat diketahui dengan mengkalikan konstanta kecepatan suara 340 m/s dan kemudian dibagi 2.
Bagian Pemancar Ultra Sonic
Gambar 2
Pada bagian pemancar, Super Sonic Range Meter menggunakan IC LM555 sebagai sumber sinyal kotak dengan frekuensi 40KHz. Dipilih LM 555 karena IC ini mudah didapatkan dipasaran, harganya murah-tidak terlalu mahal, dan cukup stabil jika dioperasikan pada frekuensi yang tidak terlalu tinggi. Sinyal pulsa-pulsa kotak yang mempunyai frekuensi 40KHz ini dikontrol dengan dengan IC LM555 yang lain untuk menentukan panjang pulsanya.
Besarnya frekuensi sinyal kotak ditentukan oleh :
TL = 0.67 x R3 x C5
TH = 0.67 x (R3+R4+Rpot) x C5
f = 1/ (TL + TH)
Gambar 3
Pembalikan Fasa dengan Gate 4069 Sebagai Driver TransmitterUltra Sonic
Rangkaian gate 4069 merupakan driver untuk transmitter sinyal ulttra sonic. IC 4069 merupakan IC CMOS inverter. Dengan mengkonfigurasikan gate 4069 seperti pada gambar di atas memungkinkan amplitudo sinyal kotak 40KHz menjadi dua kali lipat amplitudo semula. Untuk meningkatkan arus yang menuju transmiter ultra sonic maka digunakan 2 buah gate 4069 yang diparalel.
U2B dan U2C akan menghasilkan sinyal yang berkebalikan fasa dengan sinyal kotak yang dihasilkan oleh U2E dan U2F. Kondisi ini disebabkan oleh gate U2D. Sinyal-sinyal kotak yang berkebalikan fasa ini menyebabkan output sinyal kotak yang menuju transmiter ultra sonic amplitudonya akan melipat 2 kali.
Bagian Penerima Sinyal Ultra Sonic
Sinyal ultra sonic yang dipancarkan oleh transmitter ultrasonic diterima oleh ultra sonic receiver dan kemudian di kuatkan pada penguat tegangan sebesar 1000 kali (±60 dB). Penguat tersebut merupakan rangkaian penguat opamp yang dicascade sehingga menghasilkan penguatan sebesar 1000 kali.
Pada penguatan pertama didisain sehingga menghasilkan penguatan sebesar 100 kali (±40 dB) dan oleh penguat tegangan yang kedua sinyal yang telah diperkuat ini dikuatkan lagi dengan penguatan sebesar 10 kali (±20dB).
Gambar 4
Penguat Sinyal Ultra Sonic
Tegangan bias dari opamp diatur sedemikian rupa sehingga pada tegangan 4.5 volt. Tegangan bias ini memungkinkan digunakannya single suplai. Dalam hal ini digunakan +9 volt. Jika menggunakan single suplai tetapi tidak terdapat tegangan bias (tegangan bias = 0) maka sinyal yang dikuatkan akan terpotong pada fasa positifnya saja. Tetapi dengan tegangan bias sebesar 4.5 volt (setengah dari 9 volt) menyebabkan baik fasa positif maupun fasa negatifnya dikuatkan dengan sempurna.
Rangkaian Deteksi Sinyal Ultra Sonic
Pendeteksian sinyal ultra sonic sama halnya dalam hal pendeteksian sinya; radio AM. Hanya saja berbeda pada frekuensi kerjanya. Untuk dapat mendeteksi sinyal ultra sonic digunakan rangkaian halfwave rectifier yang menggunakan diode schottky barrier. Untuk membuang komponen sinyal dengan frekuansi tinggi maka perlu dipasang sebuah kapasitor didepan half wave rectifier sehingga hanya didapatkan komponen DC nya saja.
Gambar 5
Detector Sinyal Ultra Sonic
Output dari detector ultrasonic di atas diumpankan pada sebuah komparator yang dibentuk dari sebuah opamp sederhana. Rangkaian ini memungkinkan untuk dapat menentukan apakah sinyal yang diterima adalah sinyal pantulan pertama atau bukan. Hal ini dimungkinkan karena sinyal pantulan pertama amplitudonya lebih besar dari pada sinyal-sinyal pantulan yang kedua dan seterusnya. Sehingga tidak menyebabkan kesalahan pada bagian penghitungan jarak. Hal ini biasa terjadi jika jarak dinding terlalu dekat sehingga pantulan-pantulan gelombang ultra sonic yang lain masih cukup besar amplitudonya (crowded transmission).
Jika output dari bagian detektor sinyal ultra sonic lebih dari 0.4 volt maka output dari komparator akan ‘low’ sedangkan jika output dari detekctor sinyal ultra sonic kurang dari 0.4 volt maka output dari komparator adalah ‘high’. Output default dari komparator adalah ‘high’.
Untuk menghindari pantulan sinyal yang amplitudonya lebih dari 0.4 volt maka pada input positif komparator diberi dioda yang mensinkronkan bilamana sinyal yang diterima dari output detector harus dibandingkan dengan 0.4 volt.
Komparator dengan Sinkronisasi Pulsa Transmit
Nilai kapasitor pada detector sinyal ultra sonic sangat berpengaruh pada ketepatan dalam penghitungan terutama pada jarak dekat sehingga jika nilai kapasitor yang terpasang terlalu besar maka walaupun sinyal yang masuk ke komparator nagus namun dapat mengakibatkan kesalahan yang cukup besar dalam saat perhitungan. Hal ini disebabkan karena nilai kapasitor yang terlalu besar membutuhkan waktu pembuangan yang cukup lama pada waktu tansmisi tiap siklus nya cukup cepat, yaitu sekitar 1 ms.
Rangkaian Pengukuran Waktu
Rangkaian ini merupakan inti dari alat ini. Ketelitian dari alat ini memang tidak sepenuhnya ditentukan oleh bagian ini saja namun bagian inilah yang paling penting. Rangkaian ini merupakan sebuah rangkaian gate untuk mengukur waktu yang diperlukan saat pantulan sinyal dari benda yang kita ukur dan kembali setalah mengirimkan sinyal super sonic. Rangkaian ini menggunakan RS flip flop (SR- FF).
Kondisi set terjadi saat transmitter mengirimkan sinyal supersonic atau pada saat sinyal pulsa transmit adalah ‘high’. Sedangkan kondisi reset terjadi ketika detector sinyal ultra sonic mendeteksi adanya sinyal pantulan (output komparator ‘low’). Dan setelah SR FF set kembali maka itulah lama dari waktu tempuh sinyal ultra sonic.
Rangkaian Osilator Pulsa Measurement
Rangkaian ini merupakan rangkaian osilator dimana jumlah pulsa dari osilator inilah yang dihitung pada saat sinyal ultra sonic ditembakkan dan diterima kembali. Besarnya frekuensi osilasi adalah :
f = 1/(2.2 x C x R)
Yaitu sebesar 17.2 KHz.
Gambar 8
Osilator Untuk Pengukuran Waktu
Untuk menghitung (counter) digunakan IC 4553 dan untuk menampilkan jumlah perhitungannya digunakan 4511. Baik 4553 maupun 4511 merupakan IC CMOS yang masih banyak dijumpai dipasaaran.
Kesimpulannya dengan tidak menggunakannya mikrokontroller maka dibutuhkan semakin banyak komponen (74LS04 pada osilator time measurement, 4553, dan 4511). Namun demikian biaya yang dibutuhkan tetap relatif lebih murah dan tidak perlu susah-susah membuat programnya.
