Dalam sistem instrument atau alat ukur, sensor adalah komponen yang sangat penting. Saat ini, sebagian besar jenis sensor sudah pintar dalam mendeteksi dan menghitung kondisi tertentu.
Komponen sensor seperti, elemen detektor dan modul elektronika telah didesain terintegrasi pada chip yang sama. Integrasi rangkaian elektronik dan sensor mengahasilkan sebuah perangkat yang dikenal sebagai smart sensor atau sensor pintar.
Sensor ini dapat membuat beberapa keputusan. Smart sensor memiliki banyak kelebihan seperti, rasio S/N yang lebih tinggi, pengkondisian sinyal cepat, kalibrasi otomatis, pengujian mandiri, keandalan tinggi, ukuran fisik kecil, deteksi dan pencegahan kegagalan.
Nah, di artikel ini kita akan membahas tentang gambaran umum smart sensor, cara kerjanya, dan aplikasinya.
Pengertian smart sensor
Smart sensor atau sensor pintar adalah perangkat yang menggunakan transduser untuk mengumpulkan data tertentu dari lingkungan fisik. Jenis sensor ini didesain untuk melakukan fungsi tertentu sesuai dengan yang telah diprogram terbatas pada jenis data tertentu dan kemudian mentransmisikan data tersebut melalui koneksi jaringan internet.
Fitur dari sensor pintar adalah : identifikasi diri, data sensor digital, kalibrasi dan kompensasi cerdas, kapasitas multi-penginderaan, komunikasi sensor untuk konfigurasi pemantauan jarak jauh dll.
Prinsip kerja
Sensor pintar bekerja dengan menangkap data dari lingkungan fisik kemudian mengubah sifat fisik tersebut seperti kecepatan, suhu, tekanan, massa, atau keberadaan manusia menjadi sinyal listrik yang dapat dihitung dan dibaca oleh rangkaian elektronika.
Contoh bentuk sensor pintar adalah Digital Motion Processor (DMP). DMP adalah salah satu jenis mikroprosesor yang memungkinkan sensor untuk melakukan pemrosesan secara onboard data yang diterima oleh sensor. Fungsi sensor pintar seperti menyaring kebisingan atau melakukan berbagai jenis pengkondisian sinyal.
Sensor ini memiliki 4 fungsi utama yaitu pengukuran, konfigurasi, verifikasi dan komunikasi.
- Pengukuran dilakukan dengan mendeteksi fenomena atau rangsangan fisik dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Fungsi ini akan membantu dalam memantau dan mendeteksi hal-hal seperti suhu, lalu lintas dan pergerakan.
- Fungsi konfigurasi adalah fitur penting karena memungkinkan sensor pintar mendeteksi posisi untuk mengatasi kesalahan pemasangan
- Fungsi verifikasi memiliki kegunaan yang berbeda, seperti pengawasan nonstop terhadap perilaku sensor, menggunakan serangkaian modul pengawasan atau peralatan yang dijalankan di dalam sensor.
- Terakhir, fitur komunikasi memungkinkan sensor untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler/mikroprosesor utama.
Diagram sensor pintar
Gambar diagram blok smart sensor ditunjukkan di bawah ini. Diagram ini mencakup blok yang berbeda peran, seperti unit penginderaan, pengkondisian sinyal, konversi analog ke digital, algoritma aplikasi, antarmuka pengguna lokal, memori, dan unit komunikasi atau transceiver.
Maksud dari tiap unit tersebut akan dijelaskan berikut ini :
Unit penginderaan atau deteksi
Mendeteksi perubahan fisik dan mengubahnya menjadi sinyal elektrik yang setara dengan perubahan fisik yang diterima.
Unit pengkodisian
Mengendalikan sinyal agar sesuai dengan kebutuhan pemrosesan tingkat berikutnya tanpa kehilagan data.
Konvertor
Unit ADC atau Analog Digital Coverter bertugas untuk mengubah sinyal analog menajdi format digital lalu mengirimnya ke mikroprosessor.
Antar muka pengguna
Perangkat berupa display yang memungkinkan pengguna untuk melihat data yang ditampilkan dan mengendalikan sistem perangkat..
Algoritmas aplikasi
Memproses sinyal yang diterima oleh sensor sesuai dengan program yang telah dibuat dan menghasilkan output tertentu.
Penyimpanan
Media penyimpan yang digunakan untuk menyimpan data dan program yang ada di dalam perangkat smart sensor.
Unit komunikasi
Sinyal output dari algoritma aplikasi atau mikroprosesor ditransmisikan ke stasiun utama melalui unit komunikasi. Unit ini juga mendapatkan program perintah dari pusat pengendali untuk menjalankan tugas tertentu.
Jenis jenis smart sensor
ada banyak jenis sensor pintar yang tersedia di pasaran. Beberapa diantaranya akan dijelaskan berikut ini :
1. Sensor level
Sensor level adalah salah satu jenis perangkat yang digunakan untuk memantau, mengukur dan mempertahankan level cairan. Setiap kali terjadi perubahan level cairan, maka sensor ini akan mendeteksinya dan mengubah data perubahan level tersebut menjadi sinyal listrik.
Sensor level dkelompokkan menjadi dua jenis : level titik dan level kontinu. Sensor level titik digunakan untuk menentukan apakah cairan telah mencapai titik yang tepat di dalam wadah.
Sedangkan sensor tipe level kontinu digunakan untuk memberikan pengukuran yang tepat untuk level cairan sesuai perubahannya. Sensor ini terutama digunakan di berbagai industri seperti otomotif, manufaktur, dan juga dalam peralatan rumah tangga.
2. Sensor suhu
Sensor suhu digunakan untuk mengukur suhu zat tertentu, seperti suhu cairan, suhu udara, atau suhu benda padat. Sensor ini tersedia dalam berbagai jenis yang dengan mermakai prinsip berbeda untuk mengukur suhu.
Contoh sensor suhu adalah : RTD, termistor NTC, thermopiles dan termokopel. Sensor ini terutama digunakan pada peralatan instrument medis, komputer, mobil, peralatan memasak dan jenis mesin lainnya.
3. Sensor tekanan
Sensor tekanan adalah transduser yang mengubah input tekanan mekanis menjadi sinyal output listrik. Ada berbagai jenis sensor tekanan yang tersedia berdasarkan kapasitas, ukuran, teknologi penginderaan, metode pengukuran dan jenis output yang dihasilkan.
Sensor-sensor ini memainkan peran penting dalam memantau pipa saluran dan memberikan peringatan kepada pengawas jika ada kebocoran pada instalasi penyimpangan sehingga mereka dapat segera memperbaiki atau memelihara pipa.
4. Sensor infra merah
Sensor inframerah adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk memancarkan cahaya untuk mendeteksi beberapa objek di sekitarnya dan mengukur panas objek atau mendeteksi gerakan . Umumnya, semua objek akan memancarkan beberapa bentuk radiasi termal dalam spektrum IR (Infra merah) yang tidak terlihat tetapi sensor IR dapat mendeteksi radiasi tersebut.
Sensor IR mencakup pemancar seperti LED IR dan penerima sebagai fotodioda IR. Untuk transmisi inframerah, tiga jenis media yang digunakan adalah vakum, atmosfer dan serat optik. Sensor ini digunakan dalam perangkat night vision, termometer radiasi, pelacakan IR, pencitraan IR, dll.
5. Sensor jarak
Smart sensor seperti sensor jarak digunakan untuk mengetahui keberadaan objek di sekitarnya tanpa harus menyentumereka. Sensor ini sering digunakan dalam sistem penghindaran tabrakan & peringatan tabrakan.
Sensor ini menggunakan cahaya, suara, radiasi IR atau medan elektromagnetik untuk mendeteksi suatu objek.
Sensor jarak sering dipakai dalam robotika konsumen, aplikasi industri dan juga digunakan pada kendaraan untuk mendeteksi kontak fisik dengan kendaraan lain dan sebagai bantuan ketika parkir.
6. Sensor kualitas udara
Sensor pendeteksi kualitas udara adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk mendeteksi dan memantau polusi udara di dalam udara di area tertentu. Sensor ini bekerja secara efisien baik di dalam ruangan maupun outdoor.
Sensor kualitas udara mampu memeriksa konsentrasi CO2 melalui VOC (senyawa organik yang mudah menguap) yang terkandung di dalam metana dan amonia dalam bentuk gas.
7. Sensor gerak
Sensor gerak adalah perangkat elektronika yang digunakan untuk mendeteksi gerakan di dalam atau di sekitar rumah Anda dan memberikan peringatan.
Misalnya, sensor ini dapat mengaktifkan lampu setelah mendeteksi Anda saat memasuki ruangan. Jenis sensor ini pun dapat memberikan peringatan ketika ada penyusup mencoba memasuki rumah Anda.
Jenis sensor ini terutama digunakan di rumah, sistem keamanan, dispenser handuk kertas, telepon, sistem realitas virtual dan konsol game.
Perbedaan sensor biasa dan sensor pintar
| Sensor Biasa | Smart Sensor |
|---|---|
| Mendeteksi perubahan fisik dan kimia lingkungan | Terdiri dari sensor biasa dan unit lain yang canggih |
| Tidak dilengkapi DMP atau prosessor | Dilengkapi dengan sistem DMP |
| Terdiri dari 3 komponen utama : elemen sensor, body dan koneksi | Mencakup banyak komponen pendukung : amplifier, transducer, ADC, filter, dan unit prosessor |
| Output sensor tidak bisa digunakan secara langsung, membutuhkan converter | Hasil dari pembacaan sensor dapat langsung diketahui |
| Harga tidak mahal | Harga lebih mahal karena sudah dilengkapi dengan berbagai macam modul pendukung |
Kelebihan sensor pintar
- Memiliki ukuran yang lebih kecil
- Mudah digunakan, dirancang dan dipelihara
- Tingkat kinerjanya lebih tinggi
- Kecepatan komunikasi dan keandalan lebih tinggi karena konversi langsung dengan prosesor.
- Dapat melakukan self-calibration & self-assessments.
- Dapat mendeteksi masalah seperti kegagalan sakelar, koil terbuka dan kontaminasi sensor.
- Mengoptimalkan proses manufaktur dengan mudah yang membutuhkan perubahan.
- Dapat menyimpan banyak data sistem.
Kekurangannya
Kekurangan dari sensor pintar termasuk yang berikut.
- Keandalan sensor pintar adalah salah satu kelemahan utama karena jika dicuri atau rusak maka mereka dapat mempengaruhi banyak sistem dengan buruk.
- Membutuhkan sensor dan aktuator.
- Kalibrasi sensor harus dikelola oleh prosesor eksternal.
- Kompleksitas tinggi pada sensor pintar berkabel, sehingga biayanya juga sangat tinggi
Penggunaan
Smart sensor memainkan peran penting dalam memantau berbagai proses industri seperti pengumpulan data, pengambilan pengukuran dan transmisi data ke platform komputasi awan terpusat. Data yang dikumpulkan dapat dianalisis dimana pun untuk pola yang berbeda.
Jadi, data yang dikumpulkan ini dapat dengan mudah dipantau setiap saat oleh para pengguna
Sensor pintar digunakan terutama untuk mekanisme pemantauan dan kendali di lingkungan yang berbeda seperti sistem pemantauan ketinggian air dan makanan, jaringan pintar, pemantauan dan kontrol lalu lintas, pemantauan lingkungan, penghematan energi dalam pencahayaan buatan, pemantauan sistem jarak jauh, dan diagnostik kesalahan peralatan, transportasi dan logistik, pertanian, telekomunikasi, aplikasi industri, pelacakan hewan, dll.
