SEMINAR NASIONAL V SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009 ISSN 1978-0176
RANCANG BANGUN SISTEM ANTARMUKA RATEMETER DENGAN PRINTER MENGGUNAKAN KOMPUTER DAN MIKROKONTROLER ATMEGA8535 SUTANTO, TOTO TRIKASJONO, DWINDA RAHMADYA Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir – Badan Teknologi Nuklir Nasional Abstrak RANCANG BANGUN SISTEM ANTARMUKA RATEMETER DENGAN PRINTER MENGGUNAKAN KOMPUTER DAN MIKROKONTROLER ATMEGA 8535. Sistem antarmuka ratemeter dengan printer sudah dibuat. Tujuan pembuatan sistem ini adalah untuk mentransmisikan data cacahan dari ratemeter ke komputer, sehingga data dapat dicetak menggunakan printer. Transmisi data menggunakan mikrokontroler seri ATMEGA 8535. Prinsip kerja transmisi, yaitu mikrokontroler mencacah pulsa pada ratemeter kemudian menyimpan data pulsa dan menampilkanya pada LCD. Jika data cacahan akan dicetak, maka mode transmisi dihidupkan sehingga data akan dikirimkan ke computer dan kemudian dapat dicetak dengan printer. Pengujian sistem meliputi uji linearitas pencacahan, perbandingan dengan pencacah standar merk LDC-831, dan uji transmisi data ke komputer dan cetak data menggunakan printer. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pencacahan bersifat linear dengan koefisien korelasi 0,999, penyimpangan pencacahan terhadap alat standar 2,33 %, dan data dapat ditransmisikan ke komputer dengan benar. Data hasil transmisi dapat dicetak menggunakan printer. Katakunci: Ratemeter, antarmuka, mikrokontroler, printer
Abstract DESIGN AN INTERFACING SYSTEM BETWEEN RATEMETER AND PRINTER USING COMPUTER AND MICROCONTROLLER ATMEGA 8535. An interfacing system between ratemeter and printer using computer and microcontroller ATMega 8535 had been made. The objective of the system design is to transmit data from ratemeter to computer through microcontroller ATMega 8535, so that the data can be printed using printer. The data also can be processed for detail using computer. The principle of the transmission is that the microcontroller counts the pulses from ratemeter, then the data are stored in microcontroller’s memory and displayed in LCD. When the data will be printed, the transmission mode is turned on, so that the data will transmit to computer and the data can be printed. System testing consists of linearity testing, comparing with counting standard system of LDC-831, and transmission testing from microcontroller to computer. Testing results show that the counter system is linear with linearity coeffisien 0.999. Deviation from standard system is 2,33 %, and the data can be transmited to computer well. The data also can be printed using printer. Keywords: Ratemeter, interfacing, microcontroller, printer
PENDAHULUAN Pemanfaatan teknologi nuklir selalu berkaitan dengan zat radioaktif (sumber radiasi), yang pada tingkat intensitas tertentu dapat membahayakan bagi manusia maupun lingkungannya. Panca indera manusia secara Sutanto, dkk
langsung tidak dapat digunakan untuk menangkap atau melihat ada tidaknya zat radioaktif. Oleh karena itu, diperlukan suatu alat bantu proteksi radiasi yang sesuai dalam mengukur tingkat paparan radiasi disuatu tempat atau lingkungan dengan cara pengukuran radiasi dengan menggunakan detektor yang dipasang pada suatu alat
369
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA,5 NOVEMBER 2009 ISSN 1978-0176
instrument yang disebut ratemeter. Ratemeter ini merupakan suatu alat ukur proteksi radiasi yang terdiri dari detektor dan peralatan penunjang elektronik lainya, sehingga dapat memberikan informasi laju paparan dalam suatu tempat. Informasi laju paparan dapat dibaca pada penampil yang tersedia dalam sistem ratemeter. Namun untuk keperluan dokumentasi atau pelaporan, informasi laju paparan perlu ditampilkan dalam bentuk dokumen cetak (hardcopy). Sistem pencacah yang memiliki kemampuan mencetak sudah dibuat oleh Supriyadi (2007). Namun sistem tersebut masih memiliki kelemahan, yaitu hanya berupa prototip (belum terhubung dengan sistem pencacah radiasi sebenarnya), dan tidak memiliki kemampuan menyimpan data dalam jumlah yang banyak. Selain itu, sistem pencacah tidak dapat dihubungkan dengan komputer sehingga sulit dilakukan pengolahan data lebih lanjut. Untuk mengatasi kelemahan tersebut, maka pada penelitian ini dibuat sistem antarmuka ratemeter dengan printer menggunakan mikrokontroler dan komputer. Mikrokontroler yang dipakai adalah seri ATMega 8535 sehingga sistem pencacah memiliki kemampuan menyimpan data dalam jumlah banyak. DASAR TEORI Ratemeter Diagram blok sistem ratemeter ditunjukkan oleh Gambar 1. Ratemeter terdiri dari bagian detektor, pembentuk pulsa dan bagian penampil laju cacah.
Gambar 1. Diagram blok sistem ratemeter
Pada pengukuran aktivitas sumber radiasi, detektor yang digunakan adalah detektor jenis Geiger Muller. Detektor Geiger Muller terdiri dari elektrode positif dan elektrode negatif. Mekanisme pembentukan pulsa didasarkan pada proses ionisasi, yaitu radiasi masuk ke dalam ruang detektor dan berinteraksi dengan gas isian detektor. Interaksi tersebut menghasilkan ion positif dan elektron. Ion positif akan tertarik ke elektrode negatif, sedangkan elektron akan tertarik ke elektrode Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
positif. Massa elektron jauh lebih kecil dari massa ion positif sehingga waktu pengumpulan elektron jauh lebih cepat dari pada ion positif, sehingga proses pembentukan pulsa oleh elektrode positif jauh lebih cepat dari pada oleh elektrode negatif. Oleh karena itu elektrode positif digunakan sebagai keluaran pulsa detektor. Jumlah pulsa setiap satuan waktu yang keluar dari detektor menunjukkan aktivitas sumber radiasi yang sedang diukur. Pembentukan Pulsa Keluaran detektor Geiger Muller berupa tegangan negatif. Hal ini dikarenakan pulsa elektron yang digunakan sebagai pulsa informasi aktivitas sumber radiasi. Agar pulsa tersebut dapat diolah lebih lanjut, maka perlu rangkaian pembalik pulsa. Rangkaian pembalik pulsa akan mengubah tegangan negatif menjadi tegangan positif. Namun pulsa tersebut belum bisa langsung dicacah karena masih memiliki waktu naik pulsa (rise time) dan waktu turun pulsa (decay time) yang cukup besar. Dengan demikian pulsa perlu disempurnakan menjadi pulsa standar TTL dengan alat elektronik. Mikrokontroler Mikrokontroler merupakan perangkat digital yang bisa diprogram. Salah satu seri mikrokontroler adalah tipe ATMega 8535, merupakan kelas AVR keluaran dari ATMEL. Mikrokontroler seri ATMega 8535 memiliki fasilitas jalur masukan-keluaran yang bersifat paralel dan serial, fasilitas pewaktu-pencacah, memori penyimpan data dan fasilitas-fasilitas lainnya. ATMega 8535 memiliki empat port masukan-keluaran, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. Keempat port dapat dilewati sinyalsinyal standar TTL. Selain itu, ATMega 8535 memiliki 3 buah pewaktu-pencacah, EEPROM 512 byte dan sebuah kanal serial. Pewaktupencacah ATMega 8535 meliputi Timer/Counter 0 dengan kapasitas 8 bit, Timer/ Counter 1 dengan kapasitsas 16 bit, dan Timer/Counter 2 dengan kapasitas 8 bit. Peta Memori ATMega 8535 ATMega 8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program terpisah. Memori data terbagi menjadi tiga bagian, yaitu 32 buah register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM internal.
370
Sutanto, dkk
SEMINAR NASIONAL V SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009 ISSN 1978-0176
Sedangkan memori program terletak dalam flash PEROM yang tersusun dalam word atau 2 byte karena setiap instruksi memiliki lebar 16 bit, atau 32 bit. Selain itu, ATMega 8535 juga memiliki memori data berupa EEPROM 8 bit sebanyak 512 byte. Antarmuka Kanal Serial
Gambar 2. Diagram blok sistem antarmuka ratemeter-printer
Data yang diolah mikrokontroler dapat ditransmisikan ke komputer melalui kanal serial. Transmisi data secara serial pada ATMega 8535 menggunakan register SBUF (serial buffer). Register SBUF terdiri dari register pengiriman data serial dan register penerimaan data serial. Data serial yang keluar dari kanal serial memiliki standar sinyal RS232. Prinsip transmisi data serial dari mikrokontroler ke komputer adalah dengan mengatur laju tansmisi data (baud rate). Laju pengiriman data pada mikrokontroler dibuat sama dengan laju penerimaan data pada komputer. METODOLOGI Alat dan Bahan Penelitian dilakukan di laboratorium instrumentasi nuklir STTN BATAN. Alat dan bahan yang digunakan ditunjukkan oleh Tabel 1. Tabel 1. Alat dan bahan penelitian No. 1. 2 3 4 5. 6. 7.
Alat / bahan Function generator model GF6-80156 Pencacah digital tipe DEIN-III dan LDC-831 Ratemeter dengan detector Geiger Muller Personal Komputer Sistem minimal mikrokontroler seri ATMega 8535 Printer PCB
Gambar 3. Rangkaian skematik sistem antarmuka
3. Membuat flowchart perangkat lunak, ditunjukkan oleh Gambar 4. Diagram alir program dijelaskan berikut: 1. Waktu cacah sudah ditentukan, yaitu 60 detik. Pada detik ke 0 register pencacah berisi 0 cacah. 2. Konektor masukan menerima pulsa cacah dari ratemeter. 3. Pulsa yang diterima dihitung, kemudian disimpan, ditampilkan ke LCD dan dikirimkan ke komputer. 4. Data yang diterima komputer dapat dicetak dengan printer. 4. Pengujian Sistem, meliputi pengujian
Langkah-Langkah Penelitian 1. Membuat diagram blok sistem antarmuka, ditunjukkan oleh Gambar 2. 2. Membuat rangkaian skematik sistem
antarmuka, ditunjukkan oleh Gambar 3. Rangkaian pada Gambar 3 terdiri dari bagian rangkaian antarmuka kanal serial, slot koneksi ke LCD, dan konektor untuk jalur masukkan pulsa.
Sutanto, dkk
371
linearitas sistem pencacah, uji perbandingan dengan alat pencacah standar, yaitu alat pencacah LDC-831, dan uji pengiriman data cacah ke computer. Uji linearitas menunjukkan hubungan antara frekuensi pulsa yang masuk ke mikrokontroler dengan frekuensi yang terbaca oleh mikrokontroler. Uji perbandingan alat standar dilakukan dengan sumber pulsa Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA,5 NOVEMBER 2009 ISSN 1978-0176
dari pembangkit pulsa FGU ELWE dengan range frekuensi 20 Hz – 20 kHz. Diagram uji banding ditunjukkan oleh Gambar 5.
Tabel 2. Data uji linearitas Frekuensi pulsa pembangkit pulsa (cps) 10 20 30 50 60 70 100 300 500 1000 2000
mulai
Waktu cacah = 60 detik counter = 0 Masukkan pulsa cacah Cacah pulsa, simpan data, kirim ke komputer
Frekuensi pulsa terukur (cps) 10 20 30 51 61 70 100 301 501 976 1957
Frekuensi pulsa pembangkit pulsa (cps) 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 20000 40000 50000
Frekuensi pulsa terukur (cps) 2931 3931 4980 5951 6996 7982 8985 9680 19932 39852 49520
Waktu cacah = 0
Tampilan LCD, hardcopy data
selesai
Gambar 6. Kurve linearitas system pencacah
Gambar 4. Diagram alir perangkat lunak sistem
Uji Perbandingan dengan Alat Standar Data uji perbandingan dengan alat pencacah merk LDC-831 ditunjukkan pada Tabel 3. Berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel 3, diperoleh bahwa penyimpangan ratarata hasil pencacahan oleh system pencacah mikrokontroler dibandingkan oleh alat pencacah adalah LDC-831 adalah 2,33 %. Nilai tersebut termasuk kecil.
Gambar 5. Diagram blok uji banding pencacah
HASIL DAN PEMBAHASAN
Uji Antarmuka Sistem dengan Komputer
Pengujian Linearitas Hasil uji linearitas sistem pencacah ditunjukkan oleh Tabel 2. Dalam bentuk
grafik ditunjukkan pada Gambar 6. Gambar 6 menunjukkan bahwa sistem penacacah yang dibuat bersifat linear, yaitu ditunjukkan oleh nilai koefisien linearitas 0,999. Sifat linear ini menunjukkan bahwa nilai cacah yang terukur oleh sistem pencacah sama dengan nilai cacah yang masuk ke sisem pencacah. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui validitas transmisi data dari system pencacah ke Komputer. Data yang dikirim oleh system pencacah mikrokontroler dan data diterima oleh computer ditunjukkan pada Tabel 4. Berdasarkan Tabel 4, data yang diterima komputer sama dengan data yang dikirimkan oleh sistem pencacah. Dengan demikian transmisi data serial dari mikrokontroler ke komputer dapat berjalan dengan benar.
372
Sutanto, dkk
SEMINAR NASIONAL V SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009 ISSN 1978-0176
Tabel 3. Data uji perbandingan dengan alat pencacah standar ldc-831 No.
Laju cacah Cacah oleh oleh LDCmikrokontroler 831 (cps) (cps) 1 10 9 2 20 20 3 70 69 4 100 98 5 200 200 6 300 301 7 500 501 8 600 599 9 800 798 10 1994 1957 11 4000 3930 12 8000 7981 13 30000 29201 14 40000 40852 15 50000 50254 Persen penyimpangan rata-rata
Persen penyimpangan (%) 10 0 1,43 2,31 0 0,66 0,39 0,38 0,37 1,86 1,86 0,29 0,32 0,36 0,18 2,33
DAFTAR PUSTAKA 1.
SUPRIYANTO, “Simulator Surveymeter Digital Berbasis Mikrokontroler”, 2008, Tugas Akhir, STTN BATAN.
2.
ISWANTO, “Desain dan Implementasi Sistem Embedded Mikrokontroler ATMega8535 dengan Bahasa Basic”, 2008, Gava Media.
3.
WARDHANA L., “Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega 8535, Andi Yogyakarta.
4.
ANONIM, “Pelatihan Petugas Proteksi Radiasi”, 2009, STTN BATAN Yogyakarta.
5.
NGATINO, “Pembuatan Surveymeter Radiasi Nuklir Analog dengan Detektor Geiger Muller”, 2002, Tugas Akhir, STTN BATAN.
Tabel 4. Data pengujian transmisi data serial No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Data dikirim (cps) 2923 2924 2926 2928 2937 2941 2944 2957 2960 2970
Data diterima (cps) 2923 2924 2926 2928 2937 2941 2944 2957 2960 2970
KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian dan pembahasan diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Sistem antarmuka ratemeter dengan printer sudah berhasil dibuat. 2. Sistem antarmuka menghubungkan perangkat ratemeter dengan perangkat printer sehingga data hasil pencacahan dapat dicetak. 3. Hasil pengujian system menunjukkan bahwa koefisien linearitas system yang dibuat adalah 0,999; penyimpangan pencacahan terhadap alat standar LDC-831 adalah 2,33 %. Sutanto, dkk
373
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA,5 NOVEMBER 2009 ISSN 1978-0176
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
374
Sutanto, dkk
