MODIFIKASI MONITOR KAKI BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S8252

SEMINAR NASIONAL IX SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31 OKTOBER 2013 ISSN 1978-0176

MODIFIKASI MONITOR KAKI BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S8252 Nugroho Tri Sanyoto,Suyatno, Dumairi Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir – BATAN Jl. Babarsari PO BOX 6101/YKBB Yogyakarta 55281 Telp : (0274)48085; Fax : (0274)489715 E-mail untuk korespondensi: [email protected]

ABSTRAK TELAHDILAKUKAN MODIFIKASIPADA ALAT MONITOR KAKI DAN TANGAN. SESUAI DENGAN NAMANYA BAHWA ALAT INI TERDIRI DARI MONITOR KAKI DAN MONITOR TANGAN, AKAN TETAPI UNTUK MEMBATASI MAKALAH MAKA HANYA MONITOR KAKI YANG DISAJIKAN DALAM MAKALAH INI. Modifikasi ini dilakukan karena alat dalam kondisi rusak dan komponen sudah termakan umur (life time) serta sulit dicari dipasaran, modifikasi ini sebagian masih menggunakan komponen yang ada. Alat ini masih berupa analog, langkah teknis modifikasi adalah berupa pembuatan catu daya tegangan tinggi, pembalik pulsa, merubah bentuk tampilan pada liquid crystal display (LCD) menjadi digital serta pengujian. Alat ini menggunakanempatbuahdetektor Geiger Muller (GM) sebagai sensor radiasi dan mikrokontroler AT89S8252 sebagai pengendali serta key pad sebagai pengatur waktu operasi. Hasil pengujian kestabilan cacah dengan chi squre test dari empat detektor dengan 10 data dengan nilai kepercayaan 95 % adalah 5,5; 4,41; 3,75 dan 3,44 nilai tersebut terletak diantara 3,33 ≤ 𝑋 2 ≤ 16,91. Dari hasil tersebut maka alat dapat dikatakan stabil dan layak untuk dioperasikan. Kata kunci :modifikasi, monitor kaki,danmikrokontroler. ABSTRACT

MODIFICATIONS HAVE BEEN CARRIED OUT ON THE FEET AND HANDS MONITORS. AS THE NAME IMPLIES THAT THIS INSTRUMENT CONSISTS OF A FOOT MONITOR AND MONITOR ARMS, BUT TO LIMIT IT ONLY MONITORS FOOT PAPERS PRESENTED IN THIS PAPER. This modification is done because the appliance is damaged and parts are inedible age (life time) as well as hard to find in the market, some still use a modification of the existing components. This tool is still in the form of analog, technical measures such as making modifications is a high voltage power supply, inverting pulse, changing the form of the display on the LCD (liquid crystal display) to digital as well as testing. This tool uses four detectors Geiger Muller (GM) as a radiation sensor and microcontroller AT89S8252 as the controller as well as the key pad timer operation. Chopped stability test results with chi squre test of four detectors with 10 data with 95% confidence value is 5.5; 4.41; 3.75 and 3.44 the value lies between 3.33 ≤ x2 ≤ 16.91 . From these results, the tool can be said to be stable and feasible to operate. Keywords: modification, foot monitor and microcontroller.

sebagai pencatu GM, satu catu daya tegangan tinggi untuk empat detektor kaki dan satu catu daya tegangan tinggi untuk semua detektor pada tangan. Alat ini menggunakan sistem analog maka jumlah komponen yang digunakan masih terlalu banyak. Alat ini menggunakan plug in modul, Pada tiap bagian menggunakan modul modul dengan soket sebagai terminalnya. Modul tersebut antara lain count rate meter alarm monitor, counter alrm,

PENDAHULUAN Alat monitor kaki dan tangan yang ada di STTN tidak dapat berfungsi, dalam kondisi rusak. Alat ini terdiri beberapa detektor Geigermuller (GM), empat untuk kaki dan delapan untuk monitor tangan. Detektor yang dipakai adalah jenis Gm LND 719 made in USA panjang 25,4 cm dengan tegangan kerja 900 volt dc[1]. Dua catu daya tegangan tinggi

Nugroho T., dkk

306

STTN-BATAN

SEMINAR NASIONAL IX SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31 OKTOBER 2013 ISSN 1978-0176 count time control, count rate meter for local background subtract dan hv power supply[1]. Alat ini dilengkapi dengan lima panel meter sebagai indikatornya yang akan menunjukkan hasilcacah tiap detektor yang ada, serta beberapa saklar pada panel belakang. Cacah maksimum yang ditunjukan pada panel meter adalah 500 cpm. Dari hasil penelusuran alat ini menggunakan sistem analog maka jumlah komponen yang digunakan masih terlalu banyak, dan karena faktor umur (life time) maka banyak komponen yang rusak. Kerusakan tersebut terjadi pada modul modul sehingga menyulitkan dalam perbaikan dan tidak mudah mencari komponen dipasaran. Gambar 1. Adalah panel depan dari alat monitor kaki dan tangan dan Gambar 2. Adalah panel meter pada monitor kaki kanan dan kiri yang menunjukkan hasil cacah dan Gambar 3.Panel belakang.

Gambar rangkaian tiap modul yang dapat dilihat pada Gambar 4. Adalah sistem pengawatan (wiring diagram), selanjutnya Gambar 5. Adalah Count rate meter for local background subtrack. Pada bagian ini merupakan count time control hand and foot counter pada Gambar 6.

Gambar 1. Panel depan(1).

Gambar 5. Count rate meter for local background subtrack[1

Gambar 2. Panel meter kaki (1)

Gambar 6.Count time control hand and foot counter

Gambar 4. Wiring diagram (1)

METODE Mengingat banyaknya komponen yang rusak serta sulitnya mencari dipasaran, maka dilakukan modifikasi dengan memanfaatkan komponen atau casis yang masih dapat dipergunakan. Langkah kerja dalam proses modifikasi yaitu meliputi : rancangan serta tata letak komponen sebagai pengganti dengan pembuatan blok diagram, pembuatan rangkaian elektronik, penampil, software dan cases.

Gambar 3. Panel belakang[1]

STTN-BATAN

307

Nugroho T., dkk

SEMINAR NASIONAL IX SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31 OKTOBER 2013 ISSN 1978-0176 catu daya tegangan tinggi, sistem pengabelan dan perangkat lunaknya. II. Pengujian dan pembahasan

Pembuatan blok diagram : Langkah yang meski dilakukan adalah merancang dengan membuat skema berdasarkan kebutuhan dan keadaan komponen, merencanakan perubahan tampilan dari analog menjadi digital dengan mikrokontrol AT89S8252. I. Kontruksi dan modifikasi pembuatan rangkaian elektronik meliputi : inverter sebagai pembalik pulsa, pengkondisi signal,

Blok Diagram Pada rencana pembuatan blok diagram perlu diperhatikan keadaan komponen tempat komponen, manfaat dan kelengkapannya agar dapat sesuai kegunaanya. Gambar 7 blok diagram monitor radiasi yang dibuat.

Gambar 7. Blok diagram monitor radiasi kaki a. Lcd, ada tiga lcd untuk menampilkan hasil cacah, satu untuk tangan kiri, tengah untuk kaki kanan dan kiri dan satu untuk tangan kanan. b. Key pad satu untuk kaki adalah akan berfungsi memilih cacah mana yang ditampilkan pada lcd 16x4 dari empat detektor yang ada dengan menggunakan multiplexer 4 ke 1(2). c. Tombol hv(high voltage) adalah untuk menghidupkan hv tersebut sebagai catu daya detektor. d. Tombol power adalah berfungsi untuk menghidupkan alat terhubung dengan tegangan jala jala.

Prinsip kerja dari sistim blok diagram di atas adalah adanya radiasi yang dating mengenai detector Geiger Mueller maka radiasi tersebut akan diubah menjadi pulsa listrik, karena keluaran dari detector tersebut berupa pulsa negative maka perlu untuk diubah menjadi pulsa positif, setelah dibalik dan ada penguatan maka akan dilewatkan pembentuk pulsa kotak dengan tinggi 4 volt, agar pulsa dapat diolah oleh mikrokontroler. Multiplexer digunakan sebagai pemilih detector mana yang akan ditampilkan dengan waktu yang ditetapkan oleh keypad sebagai pengatur waktu serta hasilnya dapat ditampilkan pada LCD dengan satuan cacah per satuan waktu atau sivert.

Kontruksi dan modifikasi monitor kaki 1.

2.

Panel belakang

Panel depan

Gambar 8. Panel depan alat Keterangan Gambar 8. Gambar 9. Panel belakang

Nugroho T., dkk

308

STTN-BATAN

SEMINAR NASIONAL IX SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31 OKTOBER 2013 ISSN 1978-0176 c. Kabel power terhubung dengan jala jala. 1.

Rangkaian Elektronik

a. Rangkaian sistem minimum mikrokontroler AT89S8252 Rangkaian schematic sistim minimum mikrokontroler AT89S8252 dapat dilihat pada Gambar11(4). Rangkaian minimum sistim Mikrokontroler digunakan sebagai otak atau pengontrol dari seluruh sistim Foot Monitor. Prinsip kerjanya adalah adanya frekwensi radiasi yang datang melalui detektor,inverter dan multiplexer selanjutnya diproses oleh mikrokontroler. Proses ini dilakukan dengan mengaktifkan timer1 sebagai counter, sehingga frekuensi yang datang dicacah menjadi cacahan per detik yang selanjutnya dikonversi kedalam sivert.Penggunaan mikrokontroler ini memiliki pertimbangan karena memiliki fasilitas memori yang dapat digunakan untuk menyimpan data.

Gambar 10. Alat monitor kaki dan tangan Keterangan Gambar 9. a. Ada delapan detektor kanan dan kiri sementara untuk terminal detektor kaki bagian kiri, dengan pembagian dua untuk kaki kiri dua detektor untuk kaki kanan. b. Fan sebagai pendingin ruangan

Gambar 11. Rangkaian schematic minimum sistim mikrokontroler b. Rangkaian lcd Rangakaian konektor yang dihubungkan dari LCD ke mikrokontroler dapat dilihat pada Gambar 12 Rangkaian konektor LCD dibuat berdasarkan kesesuaian antara port I/O ada mikrokontroler, sehingga dapat mempermudah pengkabelan dan juga memudahkan dalam inisialisasi pada pembuatan program

STTN-BATAN

Gambar 12. Rangkaian lcd

309

Nugroho T., dkk

SEMINAR NASIONAL IX SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31 OKTOBER 2013 ISSN 1978-0176 data hasil pengukuran. Pembuatan program ini menggunakan Baskom – 8051. Gambar 16. Diagram alir.

2.

Rangkaian inverter dan pengkondisi sinyal Rangkaian Inverter dan pengkondisi sinyal dapat dilihat pada Gambar 13. Gambar 13 rangkaian inverter diperlukan rangkaian inverter untuk mengubah pulsa yang berpolaritas negatif ke pulsa yang berpolaritas positif (3)

Mulai

Deklarasi Variabel

Menentukan variabel dan inisialisasi port yang digunakan

Gambar 13. Inverter inisialisasi Timer 0 sebagai Counter, Lcd dan keypad

Gambar 14. Pengkondisi sinyal mempertahankan kestabilan pulsa tersebut. Pada rangkaian pengkondisi sinyal ini menggunakan IC MC 14001 yang pulsa keluarannya Sudah memenuhi standartTTL(3).

Setting waktu

Tekan #

Tekan

*

Display Counter 1

Gambar 14. Pengkondisi sinyal Rangkaian schematic dari rangkaian Multiplexer dapat dilihat pada Gambar 15. Rangkaian multiplexer digunakan sebagai selektor untuk melewatkan cacahan (detektor) yang ingin ditampilkan pada LCD. Rangkaian ini gunakan 74HC153 yang merupakan multiplexer 4 to 1 (empat pin sebagai input dan satu pin sebagai output). Adanya select A dan B (pin 1 & 2) yang diberi input melalui mikrokontroler akan akan mengaktifkan masukan mana yang ingin ditampilkan.

Waktu

Tekan

Tekan

#

*

Mulai Counter

Tunggu sampai selesai

Display Hasil cacah

Tekan

* Counter selanjutnya

Gambar 15. Rangkaian multiplexer Stop

Perancangan Perangkat Lunak. Perancangan Perangkat Lunak (Software) Pembuatan perangkat lunak ini berfungsi pengkonversi dari cacahan ke sivert dan pembaca

Nugroho T., dkk

Gambar 16. Diagram alir program utama

310

STTN-BATAN

SEMINAR NASIONAL IX SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31 OKTOBER 2013 ISSN 1978-0176 HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian dan Pembahasan Pengujian Sistim Monitor kaki Proses pengujian ini dilakukan dengan menggabungkan rangkaian elektronik dengan detektor, tegangan tinggi, inverter, pengkondisi signal, multiplexer dan penampil secara keseluruhan pada sistim Monitor kaki. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan 4 buah detektor Geiger Muller (GM) sebagai sensor dan Cs137 adalah sumber radioaktif dengan aktivitas 9,848 μCi (1 Juli 2006). Pekerjaan ini dilakukan bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja sistim yang telah dibuat serta kestabilan pencacahan pada alat ini. Pengujian dilakukan dengan memvariasi jarak detektor dengan sumber radioaktif antara 1 – 5 cm menggunakan waktu cacah sebesar 10 detik. Hasil cacah dapat dilihat pada Tabel 1 :

Gambar 17. Grafik cacahan terhadap variabel jarak Dari Gambar 17. Cacah terhadap jarak terlihat bahwa ada perbedaan hasil cacahan antara detektor 1, 2, 3 dan 4 meskipun jarak yang sama dan untuk tiap detektor dengan satu catu daya tegangan tinggi. Perbedaan hasil tersebut disebabkan oleh unjuk kerja masing – masing detektor yang berbeda. Selanjutnya juga dapat dilihat bahwa, semakin besar jarak yang diberikan, maka semakin kurang hasil cacah. Hal ini disebabkan karena cacahan berbanding terbalik dengan jarak.

Tabel 1. Waktu cacah dengan perubahan cacah

No

Jarak ( cm )

Waktu ( Sekon )

Cacah ( Cps )

Dosis ( mSv/H )

1 2 3 4

1 1 1 1

10 10 10 10

153 104 134 183

0.055 0.037 0.048 0.065

Detektor 1 2 3 4

5 6 7 8

2 2 2 2

10 10 10 10

104 64 89 138

0.037 0.023 0.032 0.049

1 2 3 4

9 10 11 12

3 3 3 3

10 10 10 10

84 51 60 105

0.030 0.018 0.021 0.037

1 2 3 4

13 14 15 16

4 4 4 4

10 10 10 10

69 41 50 84

0.025 0.014 0.018 0.030

1 2 3 4

17 18 19 20

5 5 5 5

10 10 10 10

57 32 40 72

0.020 0.011 0.014 0.025

1 2 3 4

Chi Square Test kestabilan dari sistim Monitor kaki ini. Data pengujian dari masing – masing detektor dapat dilihat pada Tabel 2,3,4 dan Tabel 5. Data chi suare ditentukan dengan persamaan berikut : 𝑿𝟐 = ̅ )𝟐 ∑( 𝑿− 𝑿 ̅ 𝑿

(1)

dengan: X = Cacahan Observasi, 𝑋̅ = Cacahan yang diharapkan X2 = Harga Chi square Pada proses pengujian ini, dilakukan pengambilan data sebanyak 10 kali (N=10) dengan tingkat kepercayaan 95 % dalam jarak, waktu dan tegangan kerja yang tetap. Maka harga X2 harus berada antara 3,33 ≤ 𝑋 2 ≤ 16,91 Tabel 2. Data chi test detektor I

Selanjutnya dari Tabel 1 diatas dibuat grafik hubungan antara cacahan dengan perubahan jarak. Dapat dilihat pada Gambar 17.

No

Waktu ( Sekon )

Cacah (Cps ) ( Xi )

Dosis ( mSv / H)

Selisih ̅) (Xi-𝑿

Selisih Kuadrat ̅ )2 ( Xi - 𝑿

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

108 106 92 104 98 109 110 111 91 93

0.037 0.038 0.038 0.037 0.035 0.037 0.038 0.037 0.035 0.036

6 4 10 2 4 7 8 9 11 9

36 16 100 4 16 49 64 81 121 81

N = 10

STTN-BATAN

311

̅ =102,4 𝑿

Ʃ = 572

Nugroho T., dkk

SEMINAR NASIONAL IX SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31 OKTOBER 2013 ISSN 1978-0176 Harga chi – Square untuk detektor I 𝑋2 =

̅ )𝟐 ∑( 𝑿− 𝑿 𝑋̅

=

527 102,4

Tabel 5. Data Chi Square Test Detektor IV

:

= 5,58

Tabel 3. Data Chi – Square Test Detektor II No

Waktu ( sekon)

Cacah (Cps ) ( Xi )

1

10

74

Dosis ( mSv / H)

Selisih ̅) (xi -𝑿

Selisih Kuadrat ̅ )2 ( Xi --𝑿

6.5

42.25

0.023

2

10

67

0.024

-0.5

0.25

3

10

69

0.025

1.5

2.25

4

10

71

0.025

3.5

12.25

5

10

73

0.023

5.5

30.25

6

10

60

0.024

-7.5

56,25

7

10

69

0.024

1.5

2.25

8

10

63

0.022

-4.5

20.25

9

10

61

0.022

-6.5

42.25

10

10

58 ̅= 𝑿 67.5

0.024

-9.5

90.25

N = 10

Ʃ= 298,50

̅ )𝟐 ∑( 𝑿 − 𝑿 = 𝑋̅

Dosis ( mSv / H)

Selisih ̅) (xi -𝑿

Selisih Kuadrat ̅ )2 ( Xi - 𝑿

1

10

86

0.031

1,7

2,89

2

10

96

0.032

8.3

68.09

3

10

86

0.031

-1.7

2.89

4

10

81

0.029

-6.7

44,89

5

10

89

0.032

1.3

1.69

6

10

90

0.032

2.3

5.29

7

10

94

0.032

7,7

54,92

8

10

81

0.029

-6.7

44.89

9

10

94

0.033

6.3

39.69

10

10

80 ̅= 𝑿 87.7

0.033

-7.7

54,92

10

133

0.047

7.1

50.41

2

10

132

0.046

6.1

37,21

3

10

129

0.048

5,1

26,01

4

10

135

0.048

9.1

81,1

5

10

119

0.046

-6.9

47,61

6

10

121

0.047

-4.9

24.01

7

10

134

0.045

8.1

65,61

8

10

126

0.047

-1.9

3,61

9

10

120

0.047

-5.9

34.81

10

10

118 ̅= 𝑿 125.9

0.049

-7,9

62,41 432,6

432,6 = 3,44 125.9

329,57 87.7

No

Detektor

1

Detektor I

Chi square test (X2) 5,58

2

Detektor II

4,41

3

Detektor III

3,75

4

Detektor IV

3,44

KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian dan pembahasan dari modifikasi sistim Monitor kaki ini dapat disimpulkan bahwa : 1.Telah dilakukan modifikasi sistim elektronik pada monitor kaki dengan memanfaatkan detektor dan chasis yang ada serta merubah cacahan dalam bentuk digital menggunakan IC mikrokontroler AT89S8252 . 2. Hasil uji statistik chi square test dari 10 data dengan tingkat kepercayaan 95 % dengan range antara 3,33 ≤ 𝑋 2 ≤ 16,91, semua yang dihasilkan detektor memenuhi angka tersebut, sehingga sistim yang telah dibuat layak untuk digunakan.

Harga chi – Square untuk detektor III :

Nugroho T., dkk

1

Dari tabel 6, nilai yang diperoleh memenuhi angka yang di inginkan sebagai nilai kestabilan alat cacah. Ini menunjukkan bahwa sistim monitor kaki yang telah dibuat telah sesuai dengan yang diharapkan .

Ʃ = 329,57

=

Selisih Kuadrat ̅ )2 ( Xi - 𝑿

Tabel 6. Hasil perhitungan 4 detektor

Cacah (Cps ) ( Xi )

̅ )𝟐 ∑( 𝑿− 𝑿 𝑋̅

Selisih ̅) (xi -𝑿

Dari tabel dan perhitungan yang telah dilakukan harga chi square (X2) untuk masing – masing detektor dapat dilihat pada Tabel 6:

Waktu ( Sekon )

𝑋2 =

Dosis ( mSv / H)

̅ )𝟐 ∑( 𝑿 − 𝑿 = 𝑋̅

Tabel 4. Data Chi Square Test Detektor III

N = 10

Cacah (Cps ) ( Xi )

Harga chi – Square untuk detektor IV :𝑋 2 =

298,50 = 4,409 67.5

No

Waktu ( Sekon )

N = 10

Harga chi – Square untuk detektor II : 𝑋2 =

No

= 3,75

312

STTN-BATAN

SEMINAR NASIONAL IX SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31 OKTOBER 2013 ISSN 1978-0176 1.

DAFTAR PUSTAKA 1. 2.

3.

4.

5.

Instruction manual Ludlum Measurements, Inc. Abdillah, 2008, Annas, Rancang Bangun Sistem Penampil Cacahan dengan Delapan Saluran Masukan Berbasis Mikrokontroler AT89S8252. STTN – BATAN: Yogyakarta. Jumari, dkk., 2005, Pembuatan Rangkaian Pembentuk Pulsa dan Modifikasi Sistem Pencacah nuklir, Yogyakarta : Proseding seminar nasional pengelolaan Perangkat nuklir. Tampubolon, Anderson, 2007, Pengendalian Pintu Gerbang Menggunakan Mikrokontroler T89S8252. Medan : Universitas Sumatra Utara. Kecelakaan radiasi dan penanggunalangannya, diklat pelatihan petugas proteksi radiasi. STTN – BATAN : Yogyakarta, (2008).

2.

3.

Karena kemampuan tegangan tinggi sangat kecil sehingga tidak mampu untuk empat detector maka dibutuhkan empat buah kV. Fungsi mux adalah untuk mengeluarkan satu dari empat keluaran. Fungsi keypad adalah memilih mana yang ingin ditampilkan pada lcd. Alat belum dikalibrasi. Berdasarkan uji kestabilan cacah dengan metode chisquare test semua detector masuk dalam jangkauan (ring yang ditentukan untuk 10 data 3,66 < X2 < 16,9)

TANYA JAWAB Pertanyaan 1. 2.

3.

Mengapa tiap detector menggunakan satu kV apa tidak bisa dihemat ? (M. Rosyid) Apa fungsi mux, sehingga dibutuhkan dalam foot monitor dan apa fungsi keypad? (Sukarman) Apakah peralatan yang dibuat sudah terkalibrasi dan bagaimana kinerjanya? (Mashuri)

Jawaban

STTN-BATAN

313

Nugroho T., dkk