Tutorial Mengitung Jarak dengan Pulsa Rotasi Disk Encorder dan Sensor Optocoupler ITR 9608

Optocoupler atau photo interrupter merupakan sensor optik slot tipe U yang menggunakan cahaya infra merah (IR) untuk mendeteksi ada atau tidaknya objek yang menghalangi jalur cahaya. Sensor ini memiliki dua bagian utama, yaitu:

Gambar 1. Schematic Komponen Optocoupler

1. Pemancar 
   Bagian ini berupa LED infra merah yang berfungsi memancarkan sinar infra merah secara terus-menerus ke arah detektor. Cahaya ini tidak terlihat oleh mata manusia, tetapi dapat dideteksi oleh komponen Photodetector di sisi seberangnya.

2. Penerima 
   Bagian penerima terdiri dari Phototransistor yang peka terhadap cahaya infra merah dari LED pemancar.
   Ketika cahaya infra merah mengenai Phototransistor, maka transistor akan aktif dan menghasilkan sinyal pada output.
   Sebaliknya, ketika sinar terhalang oleh objek seperti bagian gelap dari disk encoder, maka transistor akan nonaktif, dan output akan berubah ke kondisi logika berlawanan.

Kedua bagian ini dipasang berhadapan di dalam bentuk celah huruf “U”, sehingga sebuah benda seperti disk encoder bisa bergerak di antara keduanya dan memutus atau menghubungkan jalur cahaya infra merah. Dalam tutorial ini, kita akan membuat sistem sederhana yang menghitung jarak berdasarkan pulsa dari rotasi disk encoder, di mana 1 pulsa mewakili 1 mm pergerakan. Sistem ini sangat cocok untuk robot, mesin penghitung panjang kabel, konveyor, dan aplikasi otomasi lainnya.

Alat dan Bahan yang Diperlukan

Untuk menjalankan proyek ini, berikut yang kamu butuhkan :

• Optocoupler ITR960
• Arduino nano
• Push button
• LED
• Resistor
• Breadboard dan kabel jumper

Wiring Rangkaian Optocoupler

Susun rangkaian dengan panduan seperti ini:

• Pin 5v ke positif Breadboard
• Pin GND ke negatif Breadboard
• Pin D2 ke emitter optocoupler
• Pin D3 ke positif button
• Pin D4 ke positif LED 2 melalui resistor
• Kaki anoda optocouplerke 5v melalui resistor
• Kaki katoda optocouplerke GND
• Kaki collector optocouplerke GND
• Kaki emitter optocouplerke 5v melalui resistor
• Kaki katoda LED 1 ke resistor emitter optocoupler
• Kaki anoda LED 2 ke 5v

Gambar 2. Wiring Rangkaian Optocoupler dengan Arduino Nano

Menulis Program Data Optocoupler

Setelah semua komponen terpasang, buka software Arduino IDE dan tulis kode berikut :

/*
  Penghitung Jarak berbasis Encoder
  Versi: Arduino Nano
  Encoder: 1 slot = 1 mm
*/

const byte sensorPin = 2;           // Pin interrupt dari sensor encoder
const byte resetButtonPin = 3;      // Tombol reset
const byte ledPin = 4;              // LED indikator

// Spesifikasi encoder
const unsigned int slotsPerRevolution = 88; // jumlah slot per putaran

// Masukkan perkiraan RPM maksimum alatmu di sini
const unsigned int maxRPM = 600; // ubah sesuai kebutuhan (contoh: 600, 3000, dst)

volatile unsigned long pulseCount = 0;
volatile unsigned long lastPulseTime = 0; // untuk debounce di ISR

unsigned long debounceMicros = 500; // dihitung otomatis di setup()
const unsigned long minDebounceMicros = 50; // batas bawah praktis (μs)

// ISR (Interrupt Service Routine) — menghitung pulsa dari encoder
void handleSensorPulse() {
  unsigned long now = micros();
  if (now - lastPulseTime > debounceMicros) {
    pulseCount++;
    lastPulseTime = now;
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("=== Encoder Distance Counter (Arduino Nano) ===");

  pinMode(sensorPin, INPUT_PULLUP);
  pinMode(resetButtonPin, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  digitalWrite(ledPin, LOW);

  // Hitung debounceMicros berdasarkan maxRPM & slots
  float pulsesPerSec = ((float)maxRPM / 60.0) * (float)slotsPerRevolution;
  if (pulsesPerSec <= 0.0001) pulsesPerSec = 1.0; // safety

  float tMin_us = 1000000.0 / pulsesPerSec; // mikrodetik antar pulsa
  unsigned long computed = (unsigned long)(tMin_us * 0.35f); // 35% dari interval
  if (computed < minDebounceMicros) computed = minDebounceMicros;
  debounceMicros = computed;

  // Info ke Serial
  Serial.print("Slots per Revolution: ");
  Serial.println(slotsPerRevolution);
  Serial.print("Max RPM: ");
  Serial.println(maxRPM);
  Serial.print("Estimated min interval (us): ");
  Serial.println((unsigned long)tMin_us);
  Serial.print("Debounce interval (us): ");
  Serial.println(debounceMicros);
  if (tMin_us * 0.35f < minDebounceMicros) {
    Serial.println("⚠️ WARNING: maxRPM terlalu tinggi, bisa kehilangan pulsa!");
  }

  // Gunakan interrupt 0 (pin D2 di Nano)
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(sensorPin), handleSensorPulse, RISING);

  Serial.println(">> Encoder siap: 1 slot = 1 mm\n");
}

void loop() {
  // Tombol reset ditekan (aktif LOW)
  if (digitalRead(resetButtonPin) == LOW) {
    noInterrupts();
    pulseCount = 0;
    interrupts();

    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    Serial.println(">> Penghitung di-reset ke 0 mm");
    delay(300); // debounce tombol
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }

  // Ambil data dari variabel volatile
  noInterrupts();
  unsigned long pulseCopy = pulseCount;
  interrupts();

  // Hitung jarak (1 pulsa = 1 mm)
  unsigned long jarakMM = pulseCopy;

  Serial.print("Jarak Terdeteksi: ");
  Serial.print(jarakMM);
  Serial.println(" mm");

  delay(100); // Update tiap 100 ms
}

Penjelasan Kode

• slotsPerRevolution: jumlah lubang pada disk encoder.
• maxRPM: kecepatan maksimum perkiraan putaran disk (digunakan untuk menentukan waktu antar pulsa).
• pulseCount: jumlah total pulsa (setiap 1 pulsa = 1 mm).
• lastPulseTime: waktu mikrodetik dari pulsa terakhir untuk menghitung jeda antar pulsa (debounce).

Apa yang Akan Terjadi dengan Optocoupler?

Ketika disk encorder diputar secara perlahan maka sensor akan mendeteksi tiap pulsa nya sebagaia 1mm yang akan ditampilkan pada serial monitor secara berurutan tanpa adanya lonjakan yang tidak wajar, hal ini menunjukkan bahwa mekanisme debounce waktu mikrodetik (micros) pada ISR bekerja efektif untuk menyaring pulsa ganda akibat noise optik dari sensor. Saat tombol reset ditekan, LED indikator menyala sesaat dan penghitung kembali ke nol.