Giroskop - Pengertian Giroskop, Cara Kerja & Cara memilih Gyro yang Benar

Apa itu Giroskop

Giroskop dalam bahasa inggris ditulis Gyroscopes adalah alat yang digunakan untuk mengukur serta mempertahankan gerakan rotasi, giroskop biasa juga disebut sebagai gyro. MEMS Gyro (sistem mikroelektromagnetik gyro) adalah sebuah sensor kecil yang berguna dalam mengukur kecepatan sudut. Satuan kecepatan sudut diukur dalam derajat per detik (°/d) atau putaran per detik (RPS), sebagai catatan kecepatan sudut hanyalah pengukuran kecepatan rotasi.

Giroskop biasa digunakan untuk menentukan orientasi dan dapat ditemukan hampir di sebagian besar sistem navigasi otonom. Sebagai contoh, jika kamu ingin menyeimbangkan robot, giroskop dapat digunakan untuk mengukur rotasi dari posisi seimbang dan mengirim koreksi ke motor.

Contoh Gyro LPY503 Pada Papan Breakout

Bagaimana Cara Kerja Giroskop

Ketika sebuah benda berputar di sekitar sumbu, maka benda tersebut akan memiliki kecepatan yang dineal sebagai kecepatan sudut. Perputaran roda dapat diukur dalam putaran per detik (RPS) atau derajat per detik (°/dtk).

Perhatikan bahwa sumbu z gyro di bawah sejajar dengan sumbu rotasi pada roda.

Jika kamu memasang sebuah sensor pada roda seperti pada gambar di atas, maka kamu dapat mengukur kecepatan sudut sumbu z gyro. Dua sumbu lainnya tidak diukur rotasinya.

Coba pikirkan jika roda tersebut berputar sekali per detik, dengan kata lain roda memiliki kecepatan sudut 360 derajat per detik. Arah putaran roda juga penting, apakah searah jarum jam di sekitar sumbu, atau berlawanan arah jarum jam?

Giroskop MEMS triple axis, mirip seperti pada gambar diatas (ITG-3200), dapat mengukur rotasi di sekitar tiga sumbu: x, y, dan z. Beberapa gyro hadir dengan jenis sumbu tunggal dan ganda, tetapi gyro triple axis chip tunggal lebih populer karena kecil dan juga lebih murah.

Giroskop sering digunakan pada objek yang tidak berputar sangat cepat. sebagai contoh adalah pesawat umumnya tidak berputar cepat. Sebagai gantinya pesawat memutar beberapa derajat pada setiap sumbu. Dengan mendeteksi perubahan-perubahan kecil ini, gyro akan membantu menstabilkan penerbangan pesawat. Perlu kamu catat bahwa akselerasi atau kecepatan linier pesawat tidak mempengaruhi pengukuran gyro, hal ini karena gyro hanya mengukur kecepatan sudut.

Bagaimana Gyro MEMS Mendeteksi Kecepatan Sudut?

Sensor giroskop di dalam MEMS berukuran kecil (antara 1 hingga 100 mikrometer, seukuran rambut manusia). Ketika gyro diputar, sebuah massa beresonansi kecil akan digeser saat terjadi perubahan kecepatan sudut. Gerakan ini diubah menjadi sinyal listrik berarus sangat rendah yang mana dapat diperkuat dan dibaca oleh mikrokontroler host.

Cara Menghubungkan Giroskop

Perangkat keras utama yang digunakan untuk menghubungkan sebuah gyro adalah kekuatan (power) dan antarmuka komunikasi (communication interface). Seperti biasa, kamu bisa melihat lembar data sensor untuk melihat semua informasi tentang spesifikasi dan contoh koneksi.

Power

MEMS gyros umumnya adalah perangkat berdaya rendah. Arus pengoperasian adalah mA dan terkadang dalam kisaran mikroA. Tegangan suplai untuk gyro biasanya 5V atau kurang. Gyros digital dapat memiliki tegangan logika yang dapat dipilih atau beroperasi pada tegangan suplai. 

Pada setiap antarmuka digital apapun, ingatlah untuk menghubungkan garis 5V ke 5V dan garis 3.3V ke 3.3V. Selain itu, gyro dengan antarmuka digital dapat memiliki mode daya rendah dan mode tidur yang memungkinkannya dapat digunakan dalam aplikasi bertenaga baterai. Hal ini juga bisa kita katakan sebagai keunggulan gyro digital dibandingkan gyro analog.

Communication Interface

Pada bagian ini gyro antarmuka komunikasi bisa berupa digital atau analog.

Gyros dengan antarmuka digital biasanya menggunakan protokol komunikasi SPI atau I2C. Menggunakan antarmuka ini memungkinkan koneksi yang mudah ke mikrokontroler host. Salah satu batasan antarmuka digital adalah laju sampel maks. Pada I2C memiliki tingkat sampel maksimum 400Hz. sedangkan untuk SPI dapat memiliki tingkat sampel yang jauh lebih tinggi.

Gyros dengan antarmuka analog mewakili kecepatan rotasi dengan tegangan yang bervariasi, biasanya antara tegangan ground dan tegangan suplai. ADC pada mikrokontroler dapat digunakan untuk membaca sinyal. Gyros analog biasanya lebih murah dan kadang-kadang lebih akurat, hal ini tergantung pada bagaimana kamu membaca sinyal analog.

Bagaimana Cara Memilih Sebuah Giroskop

Ada banyak spesifikasi yang perlu dipertimbangkan ketika mencari tahu jenis gyro apa yang kamu butuhkan atau gunakan. Berikut adalah beberapa poin penting pada sebuah giroskop:

Range (Jangkauan)

Rentang pengukuran, atau rentang skala penuh, adalah kecepatan sudut maksimum yang dapat dibaca oleh gyro. Pikirkan tentang apa yang akan kamu ukur. Apakah kamu akan mengukur sesuatu yang sangat lambat atau sesuatu yang sangat cepat.

Sensitivity (Sensitivitas)

Sensitivitas diukur dalam mV per derajat per detik (mV / ° / s). Sensitivitas menentukan berapa banyak perubahan tegangan untuk kecepatan sudut yang diberikan. Misalnya, jika gyro ditentukan dengan sensitivitas 30mV / ° / s dan kamu melihat perubahan 300mV dalam output, maka kamu perlu memutar gyro pada 10 ° / s.

Aturan penting harus kamu ingat: ketika sensitivitas meningkat, range menurun. Misalnya, lihat datasheet gyro LPY503 atau gyro dengan rentang yang dipilih:

Perhatikan bahwa dengan dengan range yang lebih besar, maka sensitivitasnya akan menurun dan akan didapatkan resolusi yang lebih kecil.

Bias

Seperti halnya sensor apa pun, nilai yang kamu ukur akan mengandung sejumlah kesalahan atau bias. kamu dapat melihat bias gyro dengan mengukur output saat gyro bekerja. Meskipun kamu pikir kamu akan melihat 0 ° saat gyro bekerja, kamu akan selalu melihat sedikit kesalahan nol pada output. Kesalahan ini kadang-kadang disebut bias drift atau ketidakstabilan bias. 

Suhu sensor sangat memengaruhi bias. Untuk membantu meminimalkan sumber kesalahan ini, sebagian besar gyro biasanya telah dilengkapi sensor suhu bawaan. Dengan demikian, kamu dapat membaca suhu sensor dan memperbaiki atau melakukan perubahan tergantung pada suhu. Untuk memperbaiki kesalahan ini, kamu bisa melakukan kalibrasi gyro.