RANCANG BANGUN SISTEM PENCACAH NUKLIR DENGAN OPSIONAL KOMUNIKASI SERIAL RS-232 MODEL: BEM IN 07.01

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN SISTEM PENCACAH NUKLIR DENGAN OPSIONAL KOMUNIKASI SERIAL RS-232 MODEL: BEM IN 07.0 Jumari, Djuningran, Sunardi Puslilbang Teknologi Maju - BATAN Yogyakarla ABSTRAK RANCANG BANGUN SISTEM PENCACAH NUKLIR DENGAN OPSIONAL KOMUNIKASI SERIAL RS-232 MODEL : BEM IN Telah dibuat sistem pencacah nuklir berbasis mikrokontroler A T89C52 yang dilengkapi dengan sistem transfer data ke komputer melalui komunikasi serial RS-232. Latar belakang kegiatan ini adalah untuk pengolahan data sistem pencacah nuklir yang lama masih memakai cara manual, hal yang demikian dapat dikembangkan dengan transfer data/pengolahan data secara otomatis pada komputer melalui komunikasi serial RS 232. Prinsip metode ini adalah setiap Sistem Pencacah Nuklir selesai melakukan pencacahan dalam selang waktu tertentu maka data hasil cacahan tersebut langsung dikirim ke komputer untuk dicatatldisimpan, misalnya diinginkan pencacahan sebanyak 20x maka proses tersebut akan beru/ang 20x, kemudian dari data hasil pencacahan tersebut dapat diolah sesuai kebutuhan pengguna misalnya untuk mencari harga stabilitas pencacahan atau untuk keperfuan lain. Pada pengujian transfer data dari pulse generator ke counter mikrokontroler yang ditampilkan pada LCD diperoleh linieritas transfer data ~ = 0,9997, selain itu transfer data dari mikrokontroler ke komputer diperoleh nilai akurasi transfer data ~ =. Dari pengujian stabilitas pencacahan sumber radiasi standar Sr-90 untuk n = 20 diperoleh harga Chi Square Test ( X2) = 2,80, nilai tersebut masuk dalam range yang ditentukan berarti menunjukkan bahwa stabilitas pencacahan alat cukup baik dan memenuhi syarat untuk digunakan. ABSTRACT DESIGN AND CONSTRUCTIONS OF THE NUCLEAR COUNTING SYSTEM WITH OPTIONALL Y SERIAL COMMUNICA TIONS RS-232 MODEL: BEM IN The nuclear counting system based on A T89C52 microcontroller has been counstructed. The system is provided with the data transfer system which transfers data to computer through serial communication RS-232. The background of the construction is to develop the manual data processing into automatic data processing by transfering data to computer using RS 232 serial communication. The test of data tranfer from pulse generator to microcontro/jer counter which displayed on LCD yields data transfer Iinierity ~ = , the data transfer from microcontroller to computer yields data transfer accuraty ~ =. The test of counting stability using Sr-90 with n=20, yields X2 = 2.8. This value is the determined range, therefore is constructed that counting system is stable enough. PENDAHULUAN Sistem Pencacah Nuklir yaitu suatu alat yang dipakai untuk mengukur intensitas radiasi beta dan gamma. Pad a sistem pencacah nuklir hasil prod uk yang lalu dalam pencatatan dan pengolahan data hasil pencacahan masih dilakukan secara manual, maka untuk itu sistem pencacah nuklir terse but perlu dilengkapi sistem transmisi data ke komputer untuk keperluan pencatatan dan pengolahan data hasil pencacahan. Oalam sistem perantaralinterface untuk sistem transmisi data ada 494 ISSN Jumari, dkk

2 PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLIR dua cara yaitu secara paralel dan serial [I]. Interface paralel dengan melaui port ISA (Industry Standard Architecture) atau melalui port line printer/lpt(conector DB-25), adapun yang Inteiface serial dapat melalui COMI/COM2 (Conector DB-9) atau dapat juga melalui Universal Serial Bus (USB). Masing-masing metode inteiface tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan, kelebihan metode interface paralel adalah proses transfer data bisa lebih cepat namun tidak dapat dipakai untuk jarak yang jauh, sedangkan untuk metode inteiface serial walaupun dalam transfer data agak lambat tetapi dapat dipakai untuk jarak yang lebih jauh, dan metode interface serial ini sekarang banyak digemari orang karena lebih praktis dan tidak membutuhkan banyak kabel. Dengan pertimbangan tersebut maka untuk melengkapi sistem transmisi data pada' sistem pencacah nuklir dipilih inteiface serial melalui COM!. Tujuan dilakukannya kegiatan ini adalah untuk pengembangan instrumentasi nuklir khususnya sistem pencacah nuklir yang dalam pencatatan dan pengolahan data sudah dilakukan secara otomatis oleh komputer, serta hasilnya dapat disimpan pada komputer/dicetak pada printer. Dengan demikiar. maka tugas operator/pengguna alat akan menjadi lebih ringan tidak harus mencatat/menghitung hasil pencacahan secara manual. Pengujian transfer data dilakukan dengan memberikan pulsa masukan dari pulse generator dan dicari berapa nilai linieritas transfer data tersebut, selanjutnya dilakukan uji stabilitas pencacahan dengan memakai sumber radiasi. DASAR TEORI Rancangan Sistem Sistem Pencacah Nuklir BEM - IN.07.0 terdiri dari detektor GM, catu daya tegangan rendah DC, catu daya tegangan tinggi DC, pembentuk pulsa, rnikrokontroler AT89C52, Max-232, LCD 6x2 dan komputer. Prinsip kerja diagram blok sistem pencacah nuklir BEM-IN.07.0 Catu daya tegangan rendah DC +5V digunakan untuk mencatu seluruh sistem eektronik dari sistern pencacah nuklir, sedangkan catu daya tegangan tinggi DC digunakan sebagai catu daya detektor OM. Sinar radiasi beta/gamma yang datang akan ditangkap oleh detektor GM, seanjutnya karena adanya gas isian pada tabung GM maka akan terjadi ionisasi dan hasil ionisasi tersebut akan menghasilkan ion bermuatan positip dan elektron yang bermuatan negatip, ion yang bermuatan positip akan tertarik ke katoda sedangkan elektron akan tertarik ke anoda, selanjutnya pada anoda akan muncul pulsa listrik, pulsa listrik oleh rangkaian pembentuk pulsa akan dibentuk menjadi pulsa kotak standar TTL, selanjutnya pulsa tersebut akan dicacah pada mikrokontroler AT89C52 yang difungsikan sebagai Counter/Timer, angka cacahan ditampilkan pada LCD 6 bit. Selain itu datal angka hasil cacahan tersebut juga ditransfer ke komputer untuk keperluan pengolahan data dan seanjutnya dapat disimpan pada komputer serta dicetak pada printer. Gambar I. Diagram blok sistem pencacah nuklir BEM-IN.07.0 Catu daya tegangan tinggi yang digunakan disajikan pada gambar 2. Gambar 2. Penyedia daya tegangan tinggi DC Prinsip kerja rangkaian Mengacu pada gambar 2, Rangkaian R C pada op amp pertama IC LM339 berfungsi sebagai pembangkit pulsa osilator, selanjutnya pulsa tersebut dikuatkan oleh rangkaian op amp pertama dan diteruskan ke op amp kedua dan ketiga untuk dibuat menjadi dua buah pulsa dengan polaritas positip dan negatip, transistor TI dan T2 merupakan rangkaian penguat push pull yang berfungsi untuk menguatkan pulsa yang akan diumpankan ke trafo step up (penaik tegangan), tegangan reference (referensi) diberikan oleh hasil pengaturan tegangan positip melalui potensiometer PI, tegangan referensi tersebut dimasukkan op amp ke tiga (IC LM339) yang berfungsi sebagai regulator tegangan dan transistor T3 sebagai driver tegangan yang akan dimasukkan ke tep tengah gulungan primer trafo step up. Pada gulungan sekunder trafo step up akan keluar tegangan AC dan besarnya tegangan keluaran tergantung dari harga perbandingan antara jumlah gulungan primer dan sekunder (N dan N2), kemudian tegangan keluaran dari trafo step up disearahkan dengan menggunakan dioda penyearah Jumari, dkk. ISSN

3 Pusat Teknologi Akselerator don ProsesBahan tegangan tinggi IN649, adapun fungsi dari dua buah kondensator dan dua buah dioda adalah sebagai pelipat tegangan satu tingkat. Resistor yang tersusun secara seri dari keluaran tegangan tinggi ke ground berfungsi sebagai tahanan beban, sedangkan kondensator yang tersusun secara seri dari keluaran tegangan tinggi ke ground berfungsi sebagai filter (penyaring) t~gangan riple. Resistor feed back 22MQ berfungsi untuk mengumpan balikkan sebagian kecil arus keluaran ke rangkaian regulator sehingga kestabilan tegangan keluaran pada terminal HV Out akan lebih teljaga [4]. Keluaran tegangan tinggi didesain maksimal 000V dan dapat diatur dari 0 sampai dengan 000V, arus beban maksimal 500IlA, sedangkan tegangan riple maksimal yang diperbolehkan sebesar 20mV. Rangkaian Pembentuk Pulsa Rangkaian pembentuk pulsa yang dibuat disajikan pada gambar 3. mlt ;.,' ;';';.,' Gambar 3. Rangkaian pembentuk pulsa Prinsip kerja rangkaian pembentuk pulsa adalah apabila ada pulsa masukan berpolaritas negatip yang berasal dari keluaran detektor GM masuk pada input rangkaian pembentuk pulsa maka kalau tinggi pulsa tersebut berada diatas batas diskriminator tertentu maka pulsa tersebut pada IC LM3 akan dikuatkan tinggi pulsanya, selanjutnya pulsa tersebut akan dibentuk menjadi pulsa kotak melalui gerbang NAND GATE dan dibalik polaritasnya, pada output rangkaian pembentuk pulsa keluar pulsa kotak positip standar TTL dengan tinggi pulsa 3V - 5V dan lebar pulsa lolls. Pulsa kotak tersebut selanjutnya dimasukkan ke rangkaian counter/timer berbasis mikrokontroler AT89C52 untuk dihitung berapa jumlah pulsa radiasi yang ditangkap oleh detektor GM terse but persatuan waktu. Rangkaian CounterlTimer Rangkaian counter/timer yang dibuat seperti pada gambar 4. Gambar 4. Rangkaian counter/timer berbasis mikrokontroler AT89C52 Prinsip kerja rangkaian counter/timer AT89C52 : Kristal,0592 MHz berfungsi sebagai osilator timer mikrokontroler, T. digunakan sebagai terminal pulsa masukan, Port PLO... P.3digunakan sebagai perintah operasi yang tersambung ke S" S2. S3dan S4.Saklar SI untuk seting timer; S2 untuk start ; S3untuk stop dan S4untuk reset. Port P2( P20... P2.7 ) digunakan sebagai keluaran yang tersambung ke LCD 6x2 yang berfungsi sebagai penampil. Program pencacahan untuk sistem pencacah nuklir dibuat dengan bahasa BASCOM (Basic Compiller), kemudian program di down load ke IC mikrokontroler AT89C52, selanjutnya dipasang pada counter/timer untuk operasi pencacahan. Hasil pencacahan selain ditampilkan pada LCD juga ditampilkan pada komputer melalui antarmuka RS 232. Langkah Kerja I. Mendesain rangkaian dan Lay Out PCB. 2. Mendesain dan membuat chasis sistem pencacah nuklir. 3. Prosesing PCB rangkaian penyedia daya tegangan tinggi DC, rangkaian pembentuk pulsa, counter/timer, converter. 4. Pengujian komponen dan pemasangan komponen pada PCB. 5. Pengujian rangkaian penyedia daya tegangan tinggi DC 6. Pengujian rangkaian pembentuk pulsa menggunakan pulse generator. 7. Pengujian linieritas pencacahan counter berbasis mikrokontroler AT89C52 8. Pengujian stabilitas pencacahan dengan Chi Square Test (X2). Alat Yang Djgunakan I. Pulse Generator Model GL-3 dan Oscilloscope Textronic 40 MHz. 2. Multimeter Digital Fluke-83 dan Multimeter HIOKI. 496 ISSN Jumari, dkk

4 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan 3. Alat tes beban dan AC DC Differential Volt Meter merk Fluke Personal Komputer P4. HASIL DAN PEMBAHASAN No. Waktu (WIB) Tea. 90,4 90,2 90,30 90,20 90,25 90,23 90,22 Tinaai (V) Pengujian penyedia daya tegangan tinggi DC 000V. 5V engan npa Tabel I. Data hasil pengujian penyedia daya tegangan tinggi DC No Konsumsi Tegangan Frekuensi Faktor Bagianregulasi yang osilator arus riple 900V o0,% 0mV Terukur -000V 5diujiDiharapkan 899V khz ma 890V 3-25 o:::;50 :::;0,5% :::;20mV -000V 900V - 900V khz ma beban Dari data hasil pengujian stabilitas tegangan pada tabel 2 tersebut kemu dian disajikan dalam bentuk grafik seperti pada gambar 5 " < (IUD « ) 320 '4.00 4«Gambar 5. Gmfik stabilitas tegangan tinggi DC Pengujian stabilitas tegangan tinggi DC dengan alat tes beban. Tabel 2. Data hasil pengujian stabilitas tegangan tinggi No. Waktu (WIB)TeQ. 90,05 900,8 900,85 900,90 900,95 900,96 900,97 90,02 902,40 900,70 902,20 900,60 90,0 900,45 90,00 900,55 900,5 masukan 7 keluaran trekuensi TinQQi(V) Yang masukan Diuji Pengujian rangkaian pembentuk pulsa dengan pulse generator. Tabel3. Data hasil pengujian rangkaian pembentuk pulsa No Tinggi Tegangan Frekuensi Bentuk Respon Lebar BagianHasil pulsa pulsa Pengukuran noise Pulsa 5,5 khz 5mV Diharapkan 4,OV Hasil 0llS Pulsa 0,5 khz Pulsa 2,8 kotak Yang negatip ;:::;20mV negatip khz 30 5,0 kotak khz IlSV maksimum Pengujian linieritas pencacahan counter dengan pulse generator Jumari, dkk. ISSN

5 Yogyakalta, 28 Agu5tus 2008 Tabel 4. Data pengujian Iinieritas pencacahan masukan Pulsa Cacah/menit diharapkan ( Komputer Cacah/meni yang ( Cacah/menit LCD) ) o o Gambar 8. Grafik Linieritas pencacahan antara counter LCD dengan counter pada komputer N= X = 5054 Pengujian Kestabilan Pencacahan (Chi Square Test) Sumber Radiasi Sr-90 ; Aktivitas = lomrad ( 983), r = 2cm ; t = 0 detik. Tabel 5. Data pengujian stabilitas pencacahan. LXi No Cacah = 07 (XJ (Xi L (Xi-X)2 - X)2 Dari data tabel 4 kemudian dibuat grafik seperti pada gambar 6, 7, 8. Gambar 6. Grafik Linieritas pencacahan pada counter LCD Menghitung harga Chi Square Test ( X2) :. - 2 X2 = ~:::<XI-X) = = 2 80 X 5054 ' PEMBAHASAN o o Gambar 7. Grafik Linieritas pencacahan pada counter Komputer I. Dari grafik hasil pengujian stabilitas tegangan tinggi diperoleh harga ketidakstabilan tegangan = ty/v x 00%. Dimana ty = Y I-Y2 = 902,40Y - 900,5 Y =,89Y 498 ISSN Jumari, dkk

6 Ketidakstabilan tegangan = (!:NN) x 00% = (,89V/902,4V) x 00% = 0,209%, maka stabilitas tegangan tinggi = 00% - 0,209% = 99,79% dan harga ini sudah memenuhi ketentuan antara 95%-00%. 2. Faktor regulasi tegangan = (VnL-VL)NnL x 00%. = (900V - 899V)/900V x 00%= 0,%. Harga ini cukup baik karena harga Faktor regulasi tegangan yang ditentuka., ::S0,5% 3. Pada pengujian rangkaian pembentuk pulsa diperoleh hasil keluar pulsa kotak 4V, lebar pulsa 0 IlS, tegangan noise 5mV, rangkaian pembentuk pulsa mempunyai jangkau frekuensi yang cukup baik sampai 5,5 khz. 4. Dari grafik hasil pengujian Iinieritas pencacahan counter LCD dan counter pada komputer gambar 6 dan 7 maka diperoleh harga Iinieritas pencacahan yang sarna R2 = 0,9997, harga ini berarti kedua counter tersebut mempunyai harga Iinieritas yang cukup baik, karena harga R2 semakin mendekati I berarti Iinieritasnya semakin baik. 5. Dari grafik hash pengujian linieritas pencacahan antara counter LCD dengan counter pada komputt:r Garnbar 8 maka diperoleh harga linieritas pencacahan R2 = I, harga ini menunjukkan bahwa dari transfer data tidak ada kesalahan, berarti transfer data sangat Iinier. 6. Dalam pengujian stabilitas pencacahan untuk n = 20, dengan tingkat kepercayaan 99%, didapatkan harga Chi Square Test (X2) = 2,80. Batasan yang diijinkan : 7,663 < X2 < 36,9 Bila harga X2 dimasukkan menjadi : 7,663 < 2,80< 36,9. Hal ini menunjukkan bahwa harga stabilitas pencacahan cukup baik. KESIMPULAN Dari data hasil pengujian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : I. Penyedia daya tegangan tinggi DC yang dibuat sudah berfungsi dengan baik yaitu mempunyai harga stabilitas tegangan tinggi 99,79%, regulasi tegangan 0, II %, tegangan ripple 0mV. 2. Rangkaian pembentuk pulsa mengeluarkan pulsa kotak dengan tinggi pulsa 4V, lebar pulsa 0 j.ls, tegangan noise 5mV, dan mempunyai jangkau frekuensi masukan yang cukup lebar sampai 5,5 khz. 3. Harga linieritas pencacahan counter cukup baik (R2 = 0,9997). 4. Dari hasil pengujian secara keseluruhan telah terbukti bahwa proses transfer data dari sistem pencacah nukl ir ke komputer telah berhasil dengan baik dengan tingkat akurasi I, yang berarti sangat baik dan memenuhi syarat untuk digunakan. DAFTAR PUSTAKA ANONIMOUS, TECHNICAL ASSOCIA TEDS (988), DC High Voltage Power Supply Model A4-600, USA. 3. ANONIMOUS, ORTEC (99), Operating and Service Manual of High Voltage DC Power Supply, USA. 4. ANONIMOUS, TECHNICAL ASSOCIA TEDS (988), Gamma Counter Circuit Model A4-602, USA. 5. WIRANTO, DKK (2004), Diktat Aplikasi Mikrokontroler dalam Instrumentasi Nuklir", Pusdiklat -SATAN, Jakarta 6. ANONIMOUS, IAEA - TECDOC 37 (984), Quality Control of Nuclear Medicine Instruments, VIENNA, AUSTRIA. 7. JAMES A. SORENSON (987), Physics In Nuclear Medicine, Second Edition, Grune and Tratton Inc, USA. TANYA JAWAB Tony Rahardjo ~ Bagaimana tingkat stabilitas pencacahan SPN yang dibuat? Jumari ~ Tingkat stabi/itas pencacahan SPN yang dibuat cukup baik dengan n=20 harga chi square test x2 = 2,8 masuk pada batasan hargayangditetapkan 7,663 <X2 < 36,9 S:amet Riyadi ~ Berapa akurasi transfer data dari tampilan pada LCD ke penampil data cacahan pada komputer? ~ Mengapa data hams ditranfer ke komputer. Jumari ~ Ni/ai akurasi transfer data dari tampi/an pada LCD ke komputer ada/ah R2 =0,9997 dan ni/ai ini cukup baik karena semakin mendekati harga /. ~ Data ditranfer ke komputer karena untuk keper/uan penyimpanan dan pengo/ahan data. Triyono ~ Dalam pembuatan penyedia tegangan tinggi diperlukan beberapa komponen, apakah komponen tersebut mempakan komponen khusus Jumari, dkk. ISSN

7 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan (klas I) atau kampanen di pasaran umum mahan penjelasan. Jumari ~ Komponen untuk pembuatan tegangan tinggi yang digunakan cukup komponen lokal karena hanya akan dipakai untuk catu daya detektor GM. 500 ISSN Jumari, dkk