INCREMENTAL AND ABSOLUTE POSITION ENCODER (ROTARY ENCODER)
[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]TUJUAN
- Mengetahui pengertian rotary encoder, incremental dan absolute encoder
- Mengetahui prinsip kerja rotary encoder
- Membuat rangkaian encoder posisi menggunakan motor driver
Power Supply (POWER)
Gambar 1. Power Supply
Gambar 2. Bentuk Power di Proteus
Power Supply adalah salah satu hardware di dalam perangkat komputer yang berperan untuk memberikan suplai daya. Biasanya komponen power supply ini bisa ditemukan pada chasing komputer dan berbentuk persegi.
Pada dasarnya Power Supply membutuhkan sumber listrik yang kemudian diubah menjadi energi yang menggerakkan perangkat elektronik. Sistem kerjanya cukup sederhana yakni dengan mengubah daya 120V ke dalam bentuk aliran dengan daya yang sesuai kebutuhan komponen-komponen tersebut.
Sesuai dengan pengertian power supply pada komputer, maka fungsi utamanya adalah untuk mengubah arus AC menjadi arus DC yang kemudian diubah menjadi daya atau energi yang dibutuhkan komponen-komponen pada komputer seperti motherboard, CD Room, Hardisk, dan komponen lainnya.
LED (LED-...)
Gambar 3. LED
Gambar 4. Bentuk L298 di Proteus
Light Emitting Diode atau yang sering disingkat LED merupakan sebuah komponen elektromagnetik yang dapat memancarkan cahaya monokromatik melalui tegangan maju. LED terbuat dari bahan semi konduktor yang merupakan keluarga dioda. LED dapat memancarkan berbagai warna, tergantung dari bahan semikonduktor yang digunakan. LED juga dapat memancarkan cahaya inframerah yang tak tempat, seperti pada remote TV. Bentuk dari LED sendiri mirip dengan lampu bohlam. Dengan bentuknya yang kecil, sehingga dapat dipasangkan dengan mudah ke berbagai perangkat elektronika. Tak seperti lampu pijar, LED tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya. Hal tersebut dikarenakan LED tidak memerlukan pembakaran filamen. Oleh karena itu LED saat ini banyak digunakan dalam perangkat elektronik, seperti sebagai lampu penerangan pada LCD TV.
Cara kerja dari LED hampir sama dengan keluarga dioda yang memiliki dua kutub, yaitu Kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda ke Katoda. LED sendiri terdiri atas sebuah chip semikonduktor yang di dopping, sehingga menciptakan junction antara kutub P dan kutub N. Proses dopping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan impurity / ketidakmampuan pada semikonduktor yang murni, sehingga dapat menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju yaitu dari Anoda (P) menuju Katoda (N), kelebihan elektron pada N- type material akan berpindah ke wilayah yang memiliki lubang lebih banyak yaitu pada wilayah bermuatan positif (P- type material). Saat elektron berjumpa dengan hole akan melepaskan proton dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna). LED yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi cahaya.
Dikarenakan teknologi LED yang dapat menghasilkan cahaya tanpa menimbulkan panas, sehingga banyak digunakan dalam berbagai perangkat elektronik. Terdapat juga kelebihan LED lainnya yaitu tahan lama, tidak mengandung bahan berbahaya seperti merkuri, dan hemat listrik serta bentuknya yang kecil. LED sangat popular dalam bidang pencahayaan. Terutama pada era digital saat ini, media advertising mulai menggunakan teknologi LED. Salah satunya yaitu Videotron atau Megatron. Bisa juga disebut LED Videotron merupakan sebuah media advertising digital yang dapat menyampaikan informasi (iklan) dengan tampilan yang berbeda dengan media advertising konvensional lainnya. Jangkauan pengelihatan yang dapat dijangkau oleh Videotron jauh lebih canggih dan menarik dengan tampilan yang lebar dan memiliki jarak pandang maupun sudut pandang yang cukup baik dari jarak 40 hingga 200 meter. Saat ini kita bisa menemui beberapa Videotron terpampang di jalan-jalan utama kota besar, di Mall, Bandara,Rumah Sakit menggunakan Modul dengan 3 Type Pixel Pitch : 10 mm, 12.5 mm dan 16 mm. Dengan LED Full Color (RGB) modul-modul LED disusun menjadi satu kesatuan dalam 1 Kabinet. Dengan penggunaan Outdoor, Videotron mempunyai Visibility Range antara 15 – 270 meter. Brightness yang dihasilkan sangat tinggi sehingga mampu menampilkan gambar pada siang hari, karena Brightness atau kecerahannya bisa mencapai 10,000 Candela.
Speaker
Gambar 5. Speaker
Gambar 6. Bentuk Speaker di Proteus
Sebelum kita membahas lebih lanjut mengenai Loadspeaker (Pengeras Suara), sebaiknya kita mengetahui bagaimana suara dapat dihasilkan. Yang dimaksud dengan “Suara” sebenarnya adalah Frekuensi yang dapat didengar oleh Telinga Manusia yaitu Frekuensi yang berkisar di antara 20Hz – 20.000Hz. Timbulnya suara dikarenakan adanya fluktuasi tekanan udara yang disebabkan oleh gerakan atau getaran suatu objek tertentu. Ketika Objek tersebut bergerak atau bergetar, Obyek tersebut akan mengirimkan Energi Kinetik untuk partikel udara disekitarnya. Hal ini dapat di-anologi-kan seperti terjadinya gelombang pada air. Sedangkan yang dimaksud dengan Frekuensi adalah jumlah getaran yang terjadi dalam kurun waktu satu detik. Frekuensi dipengaruhi oleh kecepatan getaran pada objek yang menimbulkan suara, semakin cepat getarannya makin tinggi pula frekuensinya.
Dalam rangka menerjemahkan sinyal listrik menjadi suara yang dapat didengar, Speaker memiliki komponen Elektromagnetik yang terdiri dari Kumparan yang disebut dengan Voice Coil untuk membangkitkan medan magnet dan berinteraksi dengan Magnet Permanen sehingga menggerakan Cone Speaker maju dan mundur. Voice Coil adalah bagian yang bergerak sedangkan Magnet Permanen adalah bagian Speaker yang tetap pada posisinya. Sinyal listrik yang melewati Voice Coil akan menyebabkan arah medan magnet berubah secara cepat sehingga terjadi gerakan “tarik” dan “tolak” dengan Magnet Permanen. Dengan demikian, terjadilah getaran yang maju dan mundur pada Cone Speaker. Cone adalah komponen utama Speaker yang bergerak. Pada prinsipnya, semakin besarnya Cone semakin besar pula permukaan yang dapat menggerakan udara sehingga suara yang dihasilkan Speaker juga akan semakin besar. Suspension yang terdapat dalam Speaker berfungsi untuk menarik Cone ke posisi semulanya setelah bergerak maju dan mundur. Suspension juga berfungsi sebagai pemegang Cone dan Voice Coil. Kekakuan (rigidity), komposisi dan desain Suspension sangat mempengaruhi kualitas suara Speaker itu sendiri.
Berdasarkan Frekuensi yang dihasilkan, Speaker dapat dibagi menjadi :
- Speaker Tweeter, yaitu speaker yang menghasilkan Frekuensi Tinggi (sekitar 2kHz – 20kHz)
- Speaker Mid-range, yaitu speaker yang menghasilkan Frekuensi Menengah (sekitar 300Hz – 5kHz)
- Speaker Woofer, yaitu speaker yang menghasilkan Frekuensi Rendah (sekitar 40Hz – 1kHz)
- Speaker Sub-woofer, yaitu speaker yang menghasilkan Frekuensi sangat rendah yaitu sekitar 20Hz – 200Hz.
- Speaker Full Range, yaitu speaker yang dapat menghasilkan Frekuensi Rendah hingga Frekuensi Tinggi.
Berdasarkan Fungsi dan bentuknya, Speaker juga dapat dibedakan menjadi :
- Speaker Corong
- Speaker Hi-fi
- Speaker Handphone
- Headphone
- Earphone
- Speaker Televisi
- Speaker Sound System (Home Theater)
- Speaker Laptop
Gerbang Nor (NOR)
Gambar 7. Bentuk Resistor di Proteus
Arti NOR adalah NOT OR atau BUKAN OR, Gerbang NOR merupakan kombinasi dari Gerbang OR dan Gerbang NOT yang menghasilkan kebalikan dari Keluaran (Output) Gerbang OR. Gerbang NOR akan menghasilkan Keluaran Logika 0 jika salah satu dari Masukan (Input) bernilai Logika 1 dan jika ingin mendapatkan Keluaran Logika 1, maka semua Masukan (Input) harus bernilai Logika 0.
Gerbang And (AND)
Gambar 8. Bentuk Gerbang And di Proteus
Gerbang AND memerlukan 2 atau lebih Masukan (Input) untuk menghasilkan hanya 1 Keluaran (Output). Gerbang AND akan menghasilkan Keluaran (Output) Logika 1 jika semua masukan (Input) bernilai Logika 1 dan akan menghasilkan Keluaran (Output) Logika 0 jika salah satu dari masukan (Input) bernilai Logika 0. Simbol yang menandakan Operasi Gerbang Logika AND adalah tanda titik (“.”) atau tidak memakai tanda sama sekali. Contohnya : Z = X.Y atau Z = XY.
Motor Encoder (MOTOR-ENCHO)
Gambar 9. Motor Encoder
Gambar 10. Bentuk Motor Encoder di Proteus
Ground (GROUND)
Gambar 11. Ground
Gambar 12. Bentuk Ground di Proteus
Ground atau pertanahan adalah sistem pengamanan pada instalasi listrik dimana jika terjadi kebocoran listrik maka listrik akan langsung mengalir ke tanah sehingga tidak melukai pengguna.
Fungsi ground sangatlah penting dimana ground berfungsi sebagai pengaman ketika terjadi kebocoran arus listrik.
Gerbang Not (NOT)
Gambar 13. Bentuk Gerbang Not di Proteus
Gerbang not merupakan gerbang logika pembalik yang memberikan output berkebalikan dengan inputnya. Jika input berlogika 1 maka output akan berlogika 0 dan sebaliknya Jika input berlogika 0 maka output berlogika 1.Gerbang not diperlukan pada rangkaian digital dimana dalam pemrosesannya memerlukan logika pembalik. Prinsip gerbang not sama seperti negasi pada matematika gerbang not memang berbeda dengan gerbang logika yang lain seperti gerbang and dan nor karna gerbang not hanya mempunyai 1 input dan 1 output.
Motor DC (MOTOR)\
Gambar 14. Motor DC
Gambar 15. Motor DC di Proteus
Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakan-nya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.
Motor Listrik DC atau DC Motor ini menghasilkan sejumlah putaran per menit atau biasanya dikenal dengan istilah RPM (Revolutions per minute) dan dapat dibuat berputar searah jarum jam maupun berlawanan arah jarum jam apabila polaritas listrik yang diberikan pada Motor DC tersebut dibalikan. Motor Listrik DC tersedia dalam berbagai ukuran rpm dan bentuk. Kebanyakan Motor Listrik DC memberikan kecepatan rotasi sekitar 3000 rpm hingga 8000 rpm dengan tegangan operasional dari 1,5V hingga 24V. Apabila tegangan yang diberikan ke Motor Listrik DC lebih rendah dari tegangan operasionalnya maka akan dapat memperlambat rotasi motor DC tersebut sedangkan tegangan yang lebih tinggi dari tegangan operasional akan membuat rotasi motor DC menjadi lebih cepat. Namun ketika tegangan yang diberikan ke Motor DC tersebut turun menjadi dibawah 50% dari tegangan operasional yang ditentukan maka Motor DC tersebut tidak dapat berputar atau terhenti. Sebaliknya, jika tegangan yang diberikan ke Motor DC tersebut lebih tinggi sekitar 30% dari tegangan operasional yang ditentukan, maka motor DC tersebut akan menjadi sangat panas dan akhirnya akan menjadi rusak.
Pada saat Motor listrik DC berputar tanpa beban, hanya sedikit arus listrik atau daya yang digunakannya, namun pada saat diberikan beban, jumlah arus yang digunakan akan meningkat hingga ratusan persen bahkan hingga 1000% atau lebih (tergantung jenis beban yang diberikan). Oleh karena itu, produsen Motor DC biasanya akan mencantumkan Stall Current pada Motor DC. Stall Current adalah arus pada saat poros motor berhenti karena mengalami beban maksimal.
Rotary encoder adalah divais elektromekanik yang dapat memonitor gerakan dan posisi. Rotary encoder menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah. Terkait posisi sudut suatu poros objek dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan oleh rangkaian kontrol. Rotary encoder umumnya digunakan pada pengontrolan robot, drive motor, dsb.
Rotary encoder tersusun dari piringan tipis yang memiliki lubang-lubang pada bagian lingkaran piringan. LED ditempatkan pada salah satu sisi piringan sehingga cahaya akan menuju ke piringan. Di sisi lain yang terletak di foto-transistor ditempatkan di dimana foto-transistor ini dapat memperbaiki cahaya dari LED yang berseberangan. Piringan tipis tadi dikopel dengan poros motor, atau divais berputar lainnya yang ingin kita mengerti posisinya, sehingga kompilasi motor berputar piringan juga akan ikut berputar. Ketika posisi piringan berubah cahaya dari LED dapat mencapai foto-transistor melalui lubang-lubang yang ada, maka foto-transistor akan menghabiskan saturasi dan akan menghasilkan setiap pulsa gelombang persegi. Gambar 16 menunjukkan bagan skematik sederhana dari rotary encoder. Semakin banyak pulsa yang dihasilkan pada satu putaran yang ditentukan rotary encoder tersebut,
Gambar 16. Blok penyusun rotary encoder
Rangkaian penghasil pulsa (Gambar 17) yang digunakan umumnya memiliki keluaran yang berubah dari + 5 V menjadi 0,5 V kompilasi cahaya diblok oleh piringan dan kompilasi diteruskan ke foto-transistor. Karena divais ini biasanya bekerja dekat dengan motor DC maka banyak noise yang timbul sehingga keluaran biasa akan dimasukkan ke low-pass filter terlebih dahulu. Jika low-pass filter digunakan, frekuensi cut-off yang dipakai ditentukan oleh jumlah slot yang ada pada piringan dan diselesaikan dengan cepat piringan tersebut dibuat, disetujui dengan:
(1)
Dimana f c adalah frekuensi cut-off filter, s w adalah kecepatan piringan dan n adalah jumlah slot pada piringan.
Gambar 17. Rangkaian tipikal penghasil pulsa pada rotary encoder
Encoder Rotary Mutlak
Encoder absolut menggunakan piringan dan sinyal optik yang ditentukan sehingga dapat menghasilkan kode digital untuk menyetujui posisi tertentu dari poros yang diperlukan. Piringan yang digunakan untuk encoder absolut tersusun dari segmen-segmen cincin konsentris yang dimulai dari bagian tengah piringan ke arah tepi luar piringan yang jumlah segmennya dua kali lipat jumlah cincin sebelumnya. Cincin pertama di bagian paling dalam memiliki satu ruas transparan dan satu ruas hitam, cincin kedua memiliki ruas transparan dan dua ruas hitam, dan seterusnya hingga cincin terluar. Sebagai contoh, absolut pembuat enkode memiliki 16 cincin konsentris maka cincin terluarnya akan memiliki 32767 segmen. Gambar 18 menunjukkan pola cincin pada piringan encoder absolut yang memiliki 16 cincin.
Gambar 18. Contoh susunan pola 16 cincin konsentris pada absolut encoder
Karena setiap cincin pada piringan penyandi absolut memiliki jumlah segmen kelipatan dua dari cincin sebelumnya, maka susunan ini akan membentuk suatu sistem biner. Untuk menghasilkan sistem biner pada cincin maka diperlukan pasangan LED dan foto-transistor jumlah cincin yang ada pada encoder absolut tersebut.
Gambar 19. Contoh piringan dengan 10 cincin dan 10 LED - photo-transistor untuk membuat sistem biner 10 bit.
Sistem biner yang untuk menginterpretasi posisi yang diberikan oleh encoder absolut dapat menggunakan kode abu-abu atau kode biner biasa, tergantung dari pola cincin yang digunakan. Untuk lebih jelas, kita lihat contoh absolut encoder yang hanya tersusun dari 4 buah cincin untuk membuat kode 4 bit. Jika encoder ini mengeluarkan pada poros, maka foto-transistor akan mengeluarkan sinyal persegi sesuai dengan susunan cincin yang digunakan. Gambar 20 dan 21 menunjukkan contoh perbedaan diagram yang dikeluarkan untuk encoder mutlak kode abu-abu dan kode biner tipe.
Gambar 20. Contoh diagram keluaran absolut encoder kode abu-abu tipe 4-bit
Dengan encoder absolut 4-bit ini maka kita akan mendapatkan 16 informasi posisi yang berbeda yang masing-masing ditentukan dengan kode biner atau kode abu-abu tertentu. Tabel 1 menentukan posisi dan keluaran biner yang sesuai untuk absolut encoder 4-bit. Dengan membaca output biner yang dihasilkan maka posisi dari poros yang kita ukur dapat kita disetujui untuk diteruskan ke pengaturan pengendali. Semakin banyak bit yang kita pakai maka posisi yang bisa kita peroleh semakin banyak.
Gambar 21. Contoh diagram keluaran absolut encoder kode biner tipe 4-bit
Tabel 1. Output biner dan posisi yang sesuai pada encoder absolut 4-bit
ENCODER ROTARY INCREMENTAL
Encoder tambahan terdiri dari dua track atau satu track dan dua sensor yang disebut saluran A dan B (Gambar 22). Ketika poros berputar, deretan pulsa akan muncul di masing-masing saluran pada frekuensi yang proporsional dengan kecepatan putar sementara hubungan antara saluran A dan B menghasilkan arah rotasi. Dengan menghitung jumlah pulsa yang terjadi terhadap resolusi piringan maka putaran dapat dihitung. Untuk mengetahui Arah putaran, dengan mengetahui saluran mana yang mengarah ke saluran yang dapat kita tentukan Arah arah yang terjadi karena saluran ini akan selalu berbeda dengan yang lain seperempat putaran (sinyal quadrature). Seringkali ada saluran keluaran hitam, disebut INDEX, yang menghasilkan satu pulsa per putaran yang berguna untuk menghitung jumlah putaran yang terjadi.
Gambar 22. Susunan piringan untuk encoder tambahan
Contoh pola diagram keluaran dari tambahan encoder disetujui pada Gambar 23. Resolusi keluaran dari sinyal quadrature A dan B dapat dibuat beberapa macam, yaitu 1X, 2X dan 4X. Resolusi 1X hanya memberikan pulsa tunggal untuk setiap siklus salah satu sinyal A atau B, sedangkan resolusi 4X memberikan pulsa setiap transisi pada kedua sinyal A dan B menjadi empat kali lipat resolusi 1X. Arah putaran dapat ditentukan melalui level salah satu sinyal selama transisi terhadap sinyal yang kedua. Pada contoh resolusi 1X, A = Arah bawah dengan B = 1 menunjukkan arah putaran jarum searah jarum, sebaliknya B = Arah bawah dengan A = 1 menunjukkan Arah berlawanan jarum jam.
Gambar 23. Contoh pola keluaran penambahan encoder
Gambar 24. Output dan arah putaran pada resolusi yang berbeda-beda
Pada encoder tambahan, beberapa cara dapat digunakan untuk menentukan kecepatan yang diperoleh dari sinyal pulsa yang dihasilkan. Diantaranya
(2)
menggunakan frequencymeter dan periodimeter.
Cara yang sederhana untuk menentukan kecepatan yang dapat dengan frekuensi, yaitu menghitung jumlah pulsa dari encoder, n, pada selang waktu yang tetap, T, yang merupakan periode putaran kecepatan (Gambar 24). Bila α adalah sudut antara pulsa encoder, maka sudut putaran pada suatu periode adalah:
(3)
Akan kecepatan putar akan kita dapatkan sebagai:
(4)
Kelemahan yang muncul pada cara ini adalah pada setiap periode sudut α f yang diperoleh merupakan kelipatan integer dari α. Ini akan dapat menghasilkan kesalahan kuantifikasi pada kecepatan yang ingin diperoleh.
Gambar 25. Sinyal keluaran encoder untuk pengukuran kecepatan dengan frequencymeter
Cara lain adalah dengan menggunakan periodimeter. Dengan cara ini kita akan menghitung kecepatan tidak lagi dengan menghitung jumlah pulsa encoder tetapi dengan menghitung jam frekuensi tinggi (HF Clock) untuk menghitung pulsa dari encoder yaitu menghitung periode pulsa dari encoder (Gambar 25). Setiap α p adalah sudut dari pulsa encoder, t adalah periode dari HF clock, dan n adalah jumlah pulsa HF yang sesuai pada konter. Maka Waktu untuk review Sebuah pulsa encoder, T p , Adalah:
(5)
Kecepatan yang akan kita ukur dapat kita peroleh dengan:
(6)
Seperti yang terjadi pada frequencymeter, di sini juga muncul kesalahan kuantifikasi karena waktu T p akan selalu merupakan bilangan bulat perkalian dengan t.
Gambar 26. Pengukuran kecepatan dengan menggunakan Periodimeter
Grafik Rotary Encoder :
APLIKASI
Pengaturan Arah Putaran Motor DC
- Ketika kode encoder menunjukkan 0-0-0, maka akan menghidupkan led-blue
- Ketika kode encoder menunjukkan 0-0-1, maka akan menghidupkan led-yellow
- Ketika kode encoder menunjukkan 0-1-0, maka akan menghidupkan led-blue-green
- Ketika kode encoder menunjukkan 0-1-1, maka akan menghidupkan led-green-red
- Ketika kode encoder menunjukkan 1-0-0, maka akan menghidupkan led-yellow-blue
- Ketika kode encoder menunjukkan 1-0-1, maka akan menghidupkan led-red yellow
- Ketika kode encoder menunjukkan 1-1-0, maka akan menghidupkan led-red
- Ketika kode encoder menunjukkan 1-1-1, maka akan menghidupkan led-green
BENTUK DAN PRINSIP KERJA RANGKAIAN
Rangkaian untuk Mengetahui Posisi Encoder
LINK DOWNLOAD
- Download HTML : KLIK DI SINI !!!
- Download Datasheet Incremental Encoder : KLIK DI SINI !!!
- Download Datasheet Absolute Encoder : KLIK DI SINI !!!
- Download Rangkaian Pengubah Arah Putaran Motor DC : KLIK DI SINI !!!
- Download Video Pengubah Arah Putaran Motor DC : KLIK DI SINI !!!