PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Sains dan Teknologi Akselerator Surakarta, Selasa 9 Agustus 2016
PEMBUATAN COUNTER/TIMER UNTUK SISTEM SPEKTROMETER GAMMA MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER AT89C52 Jumari Pusat Sains dan Teknologi Akselerator, BATAN Jl. Babarsari Kotak Pos 1601 ykbb, Yogyakarta email:
[email protected]
ABSTRACT PEMBUATAN COUNTER/TIMER UNTUK SISTEM SPEKTROMETER GAMMA MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER AT89C52. Telah dibuat unit counter/timer berbasis mikrokontroler AT89C52 yang akan digunakan pada sistem spektrometer gamma. Counter/timer sistem spektrometri gamma produk yang lama masih menggunakan komponen konvensional sehingga rangkaian nya sangat komplek dan dalam pembuatannya memerlukan waktu yang relatif lebih lama dan biaya yang lebih besar. Untuk itu perlu diadakan modifikasi rangkaian Counter/Timer menggunakan mikrokontroler AT89C52 dan penampil LCD 16x2. Dalam pelaksanaan kegiatan ini meliputi perancangan gambar rangkaian elektronik dan lay out PCB, pembuatan PCB, pemasangan komponen, pembuatan program pencacahan dan uji fungsi. Dari hasil pengujian diperoleh data sebagai berikut : Linieritas pencacahan (R 2) = 0,9998, harga Chi Square Test (X2) = 14,85, jika harga X2 dimasukkan pada persamaan 7,663 X2 36,191 maka menjadi 7,663 14,85 36,191 berarti stabilitas pencacahan cukup baik. Linieritas pencacahan dan stabilitas pencacahan menunjukkan bahwa counter/timer sudah berfungsi dengan baik dan memenuhi syarat untuk digunakan pada sistem spektrometer gamma. Kata kunci: mikrokontroler, counter/timer, AT89C52
ABSTRAK THE CONSTRUCTION OF COUNTER/TIMER FOR GAMMA SPECTRO METER SYSTEM USING AT89C52 MICROCONTROLLER. Counter/timer unit using AT89C52 microcontroller will be installed on gamma spectrometer system have been done. The old product of counter/timer on gamma spectrometer system have been still using conventional component so the circuit is very complexs and for product needed a relative long time and exspensive. The circuit modification of counter/timer using AT89C52 with LCD (16x2) as display is very important to be done. The activity is convert electronic circuit and lay out PCB design, making PCB, mounting component, making software counting system and functions test. From the test result it is found that the Counting linearity (R2) = 0,9998, Chi Square Test (X2) = 14,85, if X2 to insert on recommanded value 7,663 X2 36,191 so 7,663 14,85 36,191 it meant that the counting stability is good enaugh. Counting linearity value and counting stability have been shown as counter/timer is good function and recommanded to use on gamma spectrometer system. Keywords: mikrokontroler, counter/timer, AT89C52
PENDAHULUAN
S
istem spektrometer gamma produk yang lama milik sub bidang Keteknikan BK3 – PSTA masih menggunakan komponen konvensional sehingga rangkaiannya sangat komplek yaitu masih menggunakan IC M7217 sebagai counter dan sebagai timernya menggunakan IC CD4047, disamping itu sebagai penampil masih menggunakan gabungan dari led seven segment dimana konsumsi arus beban masih lebih besar, juga dalam pembuatannya memerlukan waktu yang relatif lebih lama dan membutuhkan biaya yang lebih besar. Mengingat perkembangan teknologi yang semakin pesat khususnya perkembangan teknologi semi konduktor maka sekarang telah berkembang teknologi mikrokontroler yang dapat dipakai untuk mengatur sistem operasi atau mengendalikan suatu peralatan 6
secara otomatis melalui program yang ditanam dalam mikrokontroler. Dengan teknologi mikrokontroler maka rangkaian yang begitu komplek dapat diganti dengan satu chip IC yang berukuran relatif kecil [1, 2]. Untuk itu perlu diadakan modifikasi rangkaian counter/timer menggunakan mikrokontroler AT 89C52 [3] buatan ATMEL dengan penampil LCD 16x2 (16 bit 2 larik) dengan seperangkat komponen counter/timer sudah digantikan dengan satu buah chip IC mikrokontroler yang mempunyai dimensi relatif kecil tapi sudah dapat berfungsi sebagai counter/timer, membutuhkan arus beban yang relatif kecil, lebih handal dan untuk sistem operasinya dapat diprogram menggunakan bahasa tinggi, dalam hal ini menggunakan bahasa BASCOM (Basic Compiller) [4]. Tujuan dilakukan kegiatan ini adalah dapat mengaplikasikan IC mikrokontroler AT89C52
ISSN 1410 – 8178
Jumari
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Sains dan Teknologi Akselerator Surakarta, Selasa 9 Agustus 2016
sebagai counter/timer pada alat sistem spektrometer gamma sehingga dapat meningkatkan unjuk kerja, dimensi alat lebih kecil dan penampilan lebih menarik serta biaya pembuatan lebih murah sehingga dapat meningkatkan daya saing nilai jual alat. Pelaksanaan modifikasi counter/timer ini meliputi perancangan rangkaian counter/timer menggunakan IC AT89C52 dan LCD 16x2 sebagai penampilnya, dilanjutkan pembuatan hardware dan software serta pengujian sistem. Pengujian counter/timer dilakukan dengan menggunakan masukan dari pulse generator dan sumber radiasi standar. Dari hasil pengujian linieritas pencacahan dan stabilitas pencacahan menunjukkan bahwa counter/timer mikrokontroler AT89C52 yang dibuat sudah dapat berfungsi dengan
baik dengan kesalahan 0,02%.
TATA KERJA Deskripsi: Secara blok diagram sistem spektrometer gamma dengan menggunakan mikrokontroler AT89C52 sebagai counter/timer ini terdiri dari detektor NaI(Tl), catu daya tegangan rendah DC, catu daya tegangan tinggi DC, Pre Amp, Amplifier, Timing Single Channel Analyzer (TSCA), Counter/Timer dan LCD16x2. Blok diagram sistem spektrometer gamma seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Blok diagram sistem spektrometer gamma Catu daya tegangan rendah DC digunakan sebagai catu daya seluruh sistem elektronik sistem spektrometer gamma, sedangkan catu daya tegangan tinggi DC digunakan sebagai catu daya detektor NaI(Tl). Sinar radiasi gamma yang datang oleh detektor NaI(Tl) akan diubah menjadi pulsa listrik yang amplitudonya berkisar antara 10mV – 50mV, pulsa tersebut dimasukan ke Pre Amp untuk dikuatkan tinggi pulsanya menjadi 100mV – 500mV dan dibentuk menjadi pulsa “semi gaussian”, selanjutnya dimasukkan ke Amplifier untuk dikuatkan tinggi pulsanya menjadi maksimum 10V dan dibentuk menjadi pulsa “gaussian”, pulsa keluaran Amplifier oleh TSCA akan dianlisa tinggi pulsanya untuk menentukan letak tenaga radiasi
gamma yang diukur sedangkan jumlah cacah radiasinya akan dihitung oleh counter AT89C52 dan ditampilkan pada LCD 16x2. Dari hasil pencacahan dapat dibuat spektrum tenaga radiasi gamma yang diukur, dengan membuat grafik hubungan antara tegangan diskriminator (nomor kanal) terhadap cacah radiasi yang dihasilkan.
Rangkaian counter/timer spektrometer gamma
sistem
Dari blok diagram sistem spektrometer gamma Gambar 1 tersebut bagian yang dibuat adalah counter/timer. Rangkaian counter/timer yang dibuat disajikan pada Gambar 2.
Gambar 2. Rangkaian counter/timer [5]
Jumari
ISSN 1410 – 8178
7
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Sains dan Teknologi Akselerator Surakarta, Selasa 9 Agustus 2016
Prinsip kerja rangkaian counter Gambar 2: Kristal 11,0592 MHz berfungsi sebagai clock dari timer IC AT89C52, T1 sebagai masukan (menerima pulsa masukan), P2.0 – P2.7 sebagai keluaran counter, LCD sebagai penampil cacahan dan penampil saat setting operasi, P1.0 - P1.3 (S1 – S3) berfungsi sebagai seting sistem operasi. Program pencacahan yang telah dibuat di download (ditanamkan) ke dalam IC mikrokontroler AT89C52 dengan menggunakan downloader HB2000 [6], IC yang telah dimasuki program dipasang pada PCB rangkaian Counter/Timer. Rangkaian switch merupakan sarana input sistem operasi bagi mikrokontoler. Switch yang tersedia ada 4 buah yang masing-masing apabila ditekan akan terhubung ke kaki IC AT89C52 secara berurutan masing-masing (S1 terhubung ke P1.0) berfungsi sebagai seting waktu cacah (timer), untuk memilih waktu pencacahan yang disediakakan: tekan 1x = 1 detik, 2x = 10 detik; 3x = 20 detik, 4x = 30 detik; 5x = 40 detik, 6x = 50 detik; 7x = 1 menit, 8x = 5 menit, 9x= 10 menit, 10x = 20 menit). Apabila S2 (start) ditekan maka (S2 terhubung ke P1.1) yang berarti proses pencacahan telah dimulai dengan lama waktu yang telah ditentukan. Apabila S3 (Stop) ditekan (S3 terhubung ke P1.2) maka proses pencacahan akan berhenti walaupun seting waktu pencacahan belum terlampaui, sedangkan apabila S3 (Stop) tidak ditekan maka proses pencacahan berlangsung selama waktu seting awal terlampaui. Saat proses pencacahan berlangsung maka lampu indikator “led warna hijau” akan menyala, kemudian setelah proses pencacahan berhenti maka lampu indikator “led warna merah” akan menyala yang menunjukkan bahwa proses pencacahan 1 siklus telah selesai. Bila S4 (reset) ditekan maka angka cacahan akan tereset semua. Port P2.0 – P2.7 sebagai keluaran counter yang selanjutnya pulsa keluaran Counter tersebut akan diteruskan ke penampil LCD 16x2. Modul LCD ini berfungsi sebagai media penampil informasi cacah radiasi persatuan waktu (cps atau cpm). Komunikasi dari mikrokontroler ke LCD melalui pin DB0-DB7 (port 2.0-2.7) dimulai dengan perintah untuk mengatur tata kerja LCD yang ditandai dengan pengiriman sinyal oleh mikrokontroler. Pin RS mendapat sinyal rendah dari port 0.0, kemudian ketika pin LCDEN mendapat sinyal transisi tinggi ke rendah dari port 0.1 maka terjadi perintah untuk inisialisasi LCD. Lalu data dikirim melalui pin DB0DB7 (port 2.0-2.7) ke LCD. Proses pengiriman data dapat dilakukan dengan menghubungkan pin R/W ke ground yang menandakan bahwa LCD siap untuk menerima data. Flow chart perangkat lunak counter/timer disajikan pada Gambar 3.
8
Gambar 3. Flow chart program counting
Langkah Kerja Merancang rangkaian counter berbasis mikrokontroler AT 89C52, mendesain layout PCB counter, pembuatan PCB dan pemasangan komponen pada, pembuatan program pencacahan untuk sistem spektrometri gamma, download program pencacahan kedalam IC mikrokontroler AT 89C52 menggunakan komputer dan downloader HB2000, pengujian linieritas pencacahan counter, menggunakan pulsa masukan dari pulse generator, pengujian stabilitas pencacahan counter yang dibuat dengan dilengkapi seperangkat pendukung NIM Modul ORTEC [7-10]. Alat yang digunakan: BNC Pulse Generator Model GL-3, frequency counter Tektronix, multimeter analog Sanwa tipe YX-360TR, oscilloscope tektronix 40 MHz, seperangkat NIM Modul ORTEC.
HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Pengujian linieritas pencacahan Dengan pulsa masukan dari pulse generator; Waktu cacah = 1 menit.
ISSN 1410 – 8178
Jumari
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Sains dan Teknologi Akselerator Surakarta, Selasa 9 Agustus 2016
Tabel 1. Data hasil pengujian linieritas pencacahan No.
Frekuensi masukan (Hz) 10 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cacah mikrokontroler (cpm) 592 5917 11985 17928 23982 29858 35954 41699 47715 52599 59370 65489
Dari Tabel 1 kemudian disajikan dalam bentuk grafik Gambar 4. 70000
R2 = 0,9998 60000
Cacah/menit
50000 40000
Tabel 2. Data pengujian stabilitas pencacahan. No.
Cacah (Xi)
( Xi X ) 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
5680 5662 5655 5677 5634 5782 5725 5644 5751 5674 5608 5596 5576 5558 5705 5577 5750 5760 5598 5660 Xi = 113272,
289 1 64 196 841 14161 3844 361 7744 121 3025 4489 7569 11025 1764 7396 7569 9409 4225 9
30000
N=20
20000 10000
X 5663
( Xi X ) 2 = 84102
0 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000 1100 1200
Frekuensi masukan (Hz)
Gambar 4. Grafik linieritas pencacahan
2. Uji Stabilatas pencacahan (chi square test) [11] Sumber Sr-90, Aktivitas =10 mRad (1983), jarak = 3cm ; Waktu cacah = 10 detik. Menghitung harga Chi Square Test ( X2):
X2 = X
2
(Xi - X )
2
X
= 84102 = 14,85 5663
X 2 = 14,85 PEMBAHASAN Dari Gambar 4 grafik linieritas pencacahan counter dengan memberikan pulsa masukan dengan frekuensi bervariasi dari 10 Hz sampai dengan 1100 Hz dan waktu cacah 1 menit, maka didapatkan hasil harga linieritas pencacahan (R2) = 0,9998. Harga tersebut menunjukkan bahwa linieritas counter yang dibuat cukup baik karena harga R2 semakin mendekati harga 1 [11]. Kesalahan/ketidaklinieran = 100% - 99,98% = 0,02% sementara untuk counter yang lama kesalahan 0,05%. Jumari
Dari data pada Tabel 2 hasil pengujian stabilitas pencacahan menggunakan metode Chi Square Test (X2) [11] dengan sumber radiasi standar Sr-90, aktivitas sumber = 10 mRad (buatan 1983), jarak detektor NaI(Tl) dari sumber = 3 cm, waktu cacah = 10 detik dan dengan mengambil tingkat kepercayaan 99% dan banyaknya pengukuran n = 20, diperoleh hasil harga Chi Square Test (X2) = 14,85 sedang batasan X2 yang diijinkan harus berada pada ring 7,663 X2 < 36,191, jadi apabila harga X2 dimasukkan menjadi 7,663 14,85 < 36,191. maka harga X2 tersebut telah masuk pada rentang yang ditentukan berarti stabilitas pencacahan counter tersebut cukup baik. Dari data hasil pengujian menunjukkan counter/ timer yang dibuat sudah dapat berfungsi dengan baik dan sudah siap untuk diaplikasikan pada sistem spektrometri gamma sehingga tujuan dilakukannya kegiatan ini dapat mengaplikasikan IC mikrokontroler AT89C52 sebagai counter/timer pada alat sistem spektrometer gamma sehingga dapat meningkatkan unjuk kerja, dimensi alat lebih kecil dan penampilan lebih menarik, biaya pembuatan lebih murah sehingga dapat meningkatkan daya saing nilai jual alat. agar alat dimensi alat lebih kecil dan penampilan lebih menarik, biaya pembuatan lebih murah sehingga dapat meningkatkan daya saing nilai jual alat.
ISSN 1410 – 8178
9
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Sains dan Teknologi Akselerator Surakarta, Selasa 9 Agustus 2016
KESIMPULAN Linieritas pencacahan dan stabilitas pencacahan counter/timer berbasis mikrokontroler yang dibuat sudah memenuhi spesifikasi teknis yang ditentukan, dengan demikian counter yang dibuat sudah memenuhi syarat untuk diaplikasikan pada sistem spektrometer gamma. Dengan berhasilnya pembuatan counter/timer berbasis mikrokontroler AT89C52 ini maka menunjukkan bahwa Counter/Timer dapat berfungsi secara efektif dan efisien, efektif karena berdaya guna dan berhasil guna dan efisien karena praktis/dimensinya lebih kecil, penampilan lebih menarik, biaya pembuatan lebih murah sehingga dapat meningkatkan daya saing nilai jual alat.
UCAPAN TERIMA KASIH Diucapkan terima kasih kepada pejabat struktural yang telah memfasilitasi kegiatan pembuatan counter/timer ini dalam rangka pengembangan instrumentasi nuklir melalui DIPA 2014 dan terima kasih kepada teman-teman staf keteknikan BK3 yang telah membantu sehingga kegiatan ini dapat berhasil dengan baik.
DAFTAR PUSTAKA 1. Putra dan Agfianto, Belajar Mikrokontroller AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi, Gava Media, Yogyakarta, 2002. 2. Integrated Silicon Solution, CMOS Single Chip 8bit Microcontroller, 2004. 3. ATMEL, AT89 SERIES Hardware Description, 2004. 4. Santoso, W.B., Pemrograman Mikrokontroler dengan Bascom-8051, P2PN-BATAN, Jakarta 2003. 5. Wiranto, Dkk, Diklat Aplikasi Mikrokontroler dalam Instrumentasi Nuklir, Pusdiklat-BATAN, Jakarta, 2004. 6. BERRIN PRODUCT, Panduan pemakaian HB2000 Down Loader, Innovative Elektronics, Surabaya, 2004. 7. ORTEC, Operating and Service manual of Low Voltage Power Supply model 402A, USA, 1995. 8. ORTEC, Operating and Service manual of High Voltage Power Supply model 556, USA, 1995. 9. ORTEC, Operating and Service manual of Linear Amplifier model 575, USA, 1995. 10. ORTEC, Operating and Service manual of Single Channel Analyzer model 551, USA, 1995.
11. IAEA–TECDOC 317, Quality Control of Nuclear Medicine Instruments, Vienna, Austria 1984.
TANYA JAWAB Saminto - Pembuatan counter/timer untuk sistem spectrometer gamma “menggunakan mikrokontroller AT89C52 tapi didalam abstrak disebut untuk halite perlu diadakan modifikasi rangkaian counter/timer menggunakan AT 89C52. Ada perbedaan mohon penjelasannya! Jumari - Modifikasi yang dilakukan adalah untuk produk sistem spectrometer gamma yang lama rangkaian counternya sangat komplek/sangat rumit maka dibuatlah rangkaian counter/timer dengan menggunakan 1 chip IC Mikrokontroler AT89C52 sebagai counter/timer dan LCD 16x2 sebagai penampil. Darsono - Kenapa hanya diuji pada satu titik ketika menguji stabilitas? Jumari - Pada uji stabilitas pencacahan hanya dilakukan satu titik saja tapi sebetulya dapat dilakukan untuk beberapa titik hanya belum dilakukan, untuk lain kali kalau melakukan uji stabilitas akan dilakukan untuk beberapa titik supaya data pengujian lebih akurat. Irianto - Bagaimana karakteristik korelasi terhadap laju cacah tinggi? - Bagaimana karakteristik kestabilan cacah perubahan jangkauan suhu operasi? Jumari - Kemampuan counting maksimum adalah 50000 cacah per10 detik atau 5000 cacah/detik dengan demikian maka counter yang dibuat mampu untuk laju cacah tinggi. - Stabilitas pencacahan counter terhadap penambahan suhu operasi di ruangan selama masih dalam batas ketentuan maka tidak akan mempengaruhi stabilitas pencacahan tapi kalau suhunya sudah melampaui batas yang ditentukan maka akan mempengaruhi stabilitasnya.
.
10
ISSN 1410 – 8178
Jumari
