rancang bangun sistem pencacah nuklir …digilib.batan.go.id/e-prosiding/file...

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

RANCANG BANGUN SISTEM PENCACAH NUKLIR DENGANOPSIONAL KOMUNIKASI SERIAL RS-232 MODEL: BEM IN

07.01

Jumari, Djuningran, SunardiPuslilbang Teknologi Maju - BATAN Yogyakarla

ABSTRAK

RANCANG BANGUN SISTEM PENCACAH NUKLIR DENGAN OPSIONALKOMUNIKASI SERIAL RS-232 MODEL : BEM IN - 07.01. Telah dibuat sistempencacah nuklir berbasis mikrokontroler AT89C52 yang dilengkapi dengan sistemtransfer data ke komputer melalui komunikasi serial RS-232. Latar belakang kegiatanini adalah untuk pengolahan data sistem pencacah nuklir yang lama masih memakaicara manual, hal yang demikian dapat dikembangkan dengan transferdata/pengolahan data secara otomatis pada komputer melalui komunikasi serial RS232. Prinsip metode ini adalah setiap Sistem Pencacah Nuklir selesai melakukanpencacahan dalam selang waktu tertentu maka data hasil cacahan tersebut langsungdikirim ke komputer untuk dicatatldisimpan, misalnya diinginkan pencacahansebanyak 20x maka proses tersebut akan beru/ang 20x, kemudian dari data hasilpencacahan tersebut dapat diolah sesuai kebutuhan pengguna misalnya untukmencari harga stabilitas pencacahan atau untuk keperfuan lain. Pada pengujiantransfer data dari pulse generator ke counter mikrokontroler yang ditampilkan padaLCD diperoleh linieritas transfer data ~ = 0,9997, selain itu transfer data darimikrokontroler ke komputer diperoleh nilai akurasi transfer data ~ = 1. Dari pengujianstabilitas pencacahan sumber radiasi standar Sr-90 untuk n = 20 diperoleh harga ChiSquare Test ( X2) = 12,80, nilai tersebut masuk dalam range yang ditentukan berartimenunjukkan bahwa stabilitas pencacahan alat cukup baik dan memenuhi syaratuntuk digunakan.

ABSTRACT

DESIGN AND CONSTRUCTIONS OF THE NUCLEAR COUNTING SYSTEM WITHOPTIONALL Y SERIAL COMMUNICA TIONS RS-232 MODEL: BEM IN - 07.01. Thenuclear counting system based on A T89C52 microcontroller has been counstructed.The system is provided with the data transfer system which transfers data to computerthrough serial communication RS-232. The background of the construction is todevelop the manual data processing into automatic data processing by transferingdata to computer using RS 232 serial communication. The test of data tranfer frompulse generator to microcontro/Jer counter which displayed on LCD yields data transferIinierity ~ = 0.9997, the data transfer from microcontroller to computer yields datatransfer accuraty ~ = 1. The test of counting stability using Sr-90 with n=20, yields X2= 12.8. This value is the determined range, therefore is constructed that countingsystem is stable enough.

PENDAHULUAN

Sistem Pencacah Nuklir yaitu suatu alat yangdipakai untuk mengukur intensitas radiasi betadan gamma. Pad a sistem pencacah nuklir hasilprod uk yang lalu dalam pencatatan dan pengolahan

data hasil pencacahan masih dilakukan secaramanual, maka untuk itu sistem pencacah nuklirterse but perlu dilengkapi sistem transmisi data kekomputer untuk keperluan pencatatan danpengolahan data hasil pencacahan. Oalam sistemperantaralinterface untuk sistem transmisi data ada

494 ISSN 1410 - 8178 Jumari, dkk

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLIR


dua cara yaitu secara paralel dan serial [I]. Interfaceparalel dengan melaui port ISA (Industry StandardArchitecture) atau melalui port lineprinter/LPT(Conector DB-25), adapun yangInteiface serial dapat melalui COMI/COM2(Conector DB-9) atau dapat juga melalui UniversalSerial Bus (USB). Masing-masing metode inteifacetersebut memiliki kelebihan dan kekurangan,kelebihan metode interface paralel adalah prosestransfer data bisa lebih cepat namun tidak dapatdipakai untuk jarak yang jauh, sedangkan untukmetode inteiface serial walaupun dalam transferdata agak lambat tetapi dapat dipakai untuk jarakyang lebih jauh, dan metode interface serial inisekarang banyak digemari orang karena lebihpraktis dan tidak membutuhkan banyak kabel.Dengan pertimbangan tersebut maka untukmelengkapi sistem transmisi data pada' sistempencacah nuklir dipilih inteiface serial melaluiCOM!. Tujuan dilakukannya kegiatan ini adalahuntuk pengembangan instrumentasi nuklirkhususnya sistem pencacah nuklir yang dalampencatatan dan pengolahan data sudah dilakukansecara otomatis oleh komputer, serta hasilnya dapatdisimpan pada komputer/dicetak pada printer.Dengan demikiar. maka tugas operator/penggunaalat akan menjadi lebih ringan tidak harusmencatat/menghitung hasil pencacahan secaramanual. Pengujian transfer data dilakukan denganmemberikan pulsa masukan dari pulse generatordan dicari berapa nilai linieritas transfer datatersebut, selanjutnya dilakukan uji stabilitaspencacahan dengan memakai sumber radiasi.

DASAR TEORI

Rancangan Sistem

Sistem Pencacah Nuklir BEM - IN.07.01terdiri dari detektor GM, catu daya tegangan rendahDC, catu daya tegangan tinggi DC, pembentukpulsa, rnikrokontroler AT89C52, Max-232,LCD 16x2 dan komputer.Prinsip kerja diagram blok sistem pencacah nuklirBEM-IN.07.01

Catu daya tegangan rendah DC +5Vdigunakan untuk mencatu seluruh sistem e1ektronikdari sistern pencacah nuklir, sedangkan catu dayategangan tinggi DC digunakan sebagai catu dayadetektor OM. Sinar radiasi beta/gamma yang datangakan ditangkap oleh detektor GM, se1anjutnyakarena adanya gas isian pada tabung GM makaakan terjadi ionisasi dan hasil ionisasi tersebut akanmenghasilkan ion bermuatan positip dan elektronyang bermuatan negatip, ion yang bermuatanpositip akan tertarik ke katoda sedangkan elektronakan tertarik ke anoda, selanjutnya pada anoda akanmuncul pulsa listrik, pulsa listrik oleh rangkaian

pembentuk pulsa akan dibentuk menjadi pulsakotak standar TTL, selanjutnya pulsa tersebut akandicacah pada mikrokontroler AT89C52 yangdifungsikan sebagai Counter/Timer, angka cacahanditampilkan pada LCD 16 bit. Selain itu datal angkahasil cacahan tersebut juga ditransfer ke komputeruntuk keperluan pengolahan data dan se1anjutnyadapat disimpan pada komputer serta dicetak padaprinter.

Gambar I. Diagram blok sistem pencacah nuklirBEM-IN.07.01

Catu daya tegangan tinggi yang digunakan disajikanpada gambar 2.

Gambar 2. Penyedia daya tegangan tinggi DC

Prinsip kerja rangkaian

Mengacu pada gambar 2, Rangkaian R Cpada op amp pertama IC LM339 berfungsi sebagaipembangkit pulsa osilator, selanjutnya pulsatersebut dikuatkan oleh rangkaian op amp pertamadan diteruskan ke op amp kedua dan ketiga untukdibuat menjadi dua buah pulsa dengan polaritaspositip dan negatip, transistor TI dan T2 merupakanrangkaian penguat push pull yang berfungsi untukmenguatkan pulsa yang akan diumpankan ke trafostep up (penaik tegangan), tegangan reference(referensi) diberikan oleh hasil pengaturan teganganpositip melalui potensiometer PI, teganganreferensi tersebut dimasukkan op amp ke tiga (ICLM339) yang berfungsi sebagai regulator tegangandan transistor T3 sebagai driver tegangan yang akandimasukkan ke tep tengah gulungan primer trafostep up. Pada gulungan sekunder trafo step up akankeluar tegangan AC dan besarnya tegangankeluaran tergantung dari harga perbandingan antarajumlah gulungan primer dan sekunder (N 1 dan N2),kemudian tegangan keluaran dari trafo step updisearahkan dengan menggunakan dioda penyearah

Jumari, dkk. ISSN 1410 - 8178 495


Pusat Teknologi Akselerator don ProsesBahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

tegangan tinggi IN649, adapun fungsi dari dua buahkondensator dan dua buah dioda adalah sebagaipelipat tegangan satu tingkat. Resistor yangtersusun secara seri dari keluaran tegangan tinggi keground berfungsi sebagai tahanan beban, sedangkankondensator yang tersusun secara seri dari keluarantegangan tinggi ke ground berfungsi sebagai filter(penyaring) t~gangan riple. Resistor feed back22MQ berfungsi untuk mengumpan balikkansebagian kecil arus keluaran ke rangkaian regulatorsehingga kestabilan tegangan keluaran padaterminal HV Out akan lebih teljaga [4]. Keluarantegangan tinggi didesain maksimal 1000V dandapat diatur dari 0 sampai dengan 1000V, arusbeban maksimal 500IlA, sedangkan tegangan riplemaksimal yang diperbolehkan sebesar 20mV.

Rangkaian Pembentuk PulsaRangkaian pembentuk pulsa yang dibuatdisajikan pada gambar 3.

; .,'mlT

;';';.,'

Gambar 3. Rangkaian pembentuk pulsaPrinsip kerja rangkaian pembentuk pulsa

adalah apabila ada pulsa masukan berpolaritasnegatip yang berasal dari keluaran detektor GMmasuk pada input rangkaian pembentuk pulsa makakalau tinggi pulsa tersebut berada diatas batasdiskriminator tertentu maka pulsa tersebut pada ICLM311 akan dikuatkan tinggi pulsanya, selanjutnyapulsa tersebut akan dibentuk menjadi pulsa kotakmelalui gerbang NAND GATE dan dibalikpolaritasnya, pada output rangkaian pembentukpulsa keluar pulsa kotak positip standar TTLdengan tinggi pulsa 3V - 5V dan lebar pulsa lOllS.Pulsa kotak tersebut selanjutnya dimasukkan kerangkaian counter/timer berbasis mikrokontrolerAT89C52 untuk dihitung berapa jumlah pulsaradiasi yang ditangkap oleh detektor GM terse butpersatuan waktu .

Rangkaian CounterlTimer

Rangkaian counter/timer yang dibuatseperti pada gambar 4.

Gambar 4. Rangkaian counter/timer berbasismikrokontroler AT89C52

Prinsip kerja rangkaian counter/timerAT89C52 :

Kristal 11,0592 MHz berfungsi sebagaiosilator timer mikrokontroler, T. digunakan sebagaiterminal pulsa masukan, Port PLO ... P1.3digunakansebagai perintah operasi yang tersambung ke S" S2.S3dan S4.Saklar SI untuk seting timer; S2untuk start; S3untuk stop dan S4untuk reset. Port P2( P20... P2.7) digunakan sebagai keluaran yang tersambung keLCD 16x2 yang berfungsi sebagai penampil.Program pencacahan untuk sistem pencacah nuklirdibuat dengan bahasa BASCOM (Basic Compiller),kemudian program di down load ke ICmikrokontroler AT89C52, selanjutnya dipasangpada counter/timer untuk operasi pencacahan. Hasilpencacahan selain ditampilkan· pada LCD jugaditampilkan 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 dayategangan tinggi DC, rangkaian pembentukpulsa, counter/timer, converter.

4. Pengujian komponen dan pemasangankomponen pada PCB.

5. Pengujian rangkaian penyedia daya tegangantinggi DC

6. Pengujian rangkaian pembentuk pulsamenggunakan pulse generator.

7. Pengujian linieritas pencacahan counter berbasismikrokontroler AT89C52

8. Pengujian stabilitas pencacahan dengan ChiSquare Test (X2).

Alat Yang DjgunakanI. Pulse Generator Model GL-3 dan Oscilloscope

Textronic 40 MHz.2. Multimeter Digital Fluke-83 dan Multimeter

HIOKI.



Pusat Teknologi Akselerator dan ProsesBahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

3. Alat tes beban dan AC DC Differential VoltMeter merk Fluke.

4. Personal Komputer P4.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian penyedia daya tegangan tinggiDC 1000V.

Tabel I. Data hasil pengujian penyedia dayategangan tinggi DC

No Bagian yang diujiDiharapkanTerukur

1

Konsumsi arus :::;150 mA100 mA

beban + 5V 2

Frekuensi osilator 3-25 kHz5 kHz

3

Tegangan o -1000Vo -1000V

keluaran 4

Tegangan 900V900V

keluaran tanpa beban5

Tegangan 890V - 900V899V

keluaran dengan beban6

Faktor regulasi :::;0,5%0,11%

7

T egangan riple :::;20mV10mV

Pengujian stabilitas tegangan tinggi DCdengan alat tes beban.

Tabel 2. Data hasil pengujian stabilitas tegangantinggi

No. Waktu (WIB)TeQ. TinQQi (V)

1

08.00 902,40

2

08.10 902,20

3

08.20 902,20

4

08.30 901,05

5

08.40 901,10

6

08.50 901,00

7

09.00 900,85

8

09.10 900,55

9

09.20 900,51

10

09.30 900,45

11

09.40 900,60

12

09.50 900,70

13

10.00 900,81

14

10.10 900,85

15

10.20 900,90

16

10.30 900,9517

10.40 900,96

18

11.00 900,9719

11.20 901,0220

11.40 901,05

No. Waktu (WIB)Tea. Tinaai (V)

21

12.00 901,14

22

12.20 901,21

23

12.40 901,22

24

13.00 901,20

25

13.20 901,21

26

13.40 901,30

27

14.00 901,20

28

14.20 901,25

29

14.40 901,23

30

15.00 901,22

Dari data hasil pengujian stabilitastegangan pada tabel 2 tersebut kemu dian disajikandalam bentuk grafik seperti pada gambar 5

".01100 0820 011<400800 0820 (IUD 10.00 1020 10.«1 1120 1200 124) 1320 '4.00 14«1--

Gambar 5. Gmfik stabilitas tegangan tinggi DC

Pengujian rangkaian pembentuk pulsadengan pulse generator.

Tabel3. Data hasil pengujian rangkaian pembentukpulsa

No BagianHasil YangHasil

Yang Diuji

DiharapkanPengukuran

1

Bentuk pulsa Pulsa negatipPulsa negatipmasukan 2

Frekuensi pulsa 1 kHz1 kHz

masukan 3

Bentuk pulsa Pulsa kotakPulsa kotak

keluaran 4

Lebar pulsa 0,5 - 30 IlS10llSkeluaran 5

Tinggi pulsa 2,8 - 5,0 V4,OV

keluaran 6

Tegangan noise :::;20mV5mV

7

Respon ;:: 12 kHz15,5 kHz

trekuensi maksimum

Pengujian linieritas pencacahan counter denganpulse generator

Jumari, dkk. ISSN 1410 - 8178 497


Pusat Teknologi Akselerator don ProsesBahanYogyakalta, 28 Agu5tus 2008

Tabel 4. Data pengujian Iinieritas pencacahanPulsaCacah/menit

Cacah/menitCacah/meni

No.masukan yang( LCD)( Komputer )

(Hz) diharapkan1

100 600059185918

2

150 900088778877

3

200 120001198611986

4

250 150001498314983

5

300 180001792617926

6

350210002091420914

7

400 240002398223982

8

450 270002698026980

9

500300002985829858

10

550330003284432844

11

600360003595435954

12

650390003895038950

13

700420004170041700

14

750450004467944679

15

800480004771547715

16

850510005069750697

17

900540005259952599

18

950570005552155521

19

1000600005937059370

20

1050630006233862338

21

1100660006548865488

Dari data tabel 4 kemudian dibuat grafikseperti pada gambar 6, 7, 8.

Gambar 6. Grafik Linieritas pencacahan padacounter LCD

oo

Gambar 8. Grafik Linieritas pencacahan antaracounter LCD dengan counter padakomputer

Pengujian Kestabilan Pencacahan (ChiSquare Test)Sumber Radiasi Sr-90 ; Aktivitas = lOmRad ( 983),r = 2cm ; t = 10 detik.

Tabel 5. Data pengujian stabilitas pencacahan.

No Cacah (XJ (Xi - X)2

1

5204 219042

5098 18483

5088 10894

4983 51845

5133 60846

5032 5297

5018 13698

5095 1600

95093 1444

105043 144

115088 1089

125019 1296

135030 625

145005 2500

155044 121

164967 7744

175014 1681

184982 5329

195075 400

205107 2704

N=20LXi = 101117L (Xi-X)2

X =505464684

Menghitung harga Chi Square Test ( X2) :. - 2

X2 = ~:::<XI-X) = 64684 = 12 80X 5054 '

PEMBAHASAN

oo

Gambar 7. Grafik Linieritas pencacahan padacounter Komputer

I. Dari grafik hasil pengujian stabilitas tegangantinggi diperoleh harga ketidakstabilan tegangan= t1Y/v x 100%.

Dimana t1Y = Y I-Y2 = 902,40Y - 900,51 Y =1,89Y




Ketidakstabilan tegangan = (!:NN) x 100% =(1,89V/902,4V) x 100% = 0,209%, makastabilitas tegangan tinggi = 100% - 0,209% =99,79% dan harga ini sudah memenuhiketentuan antara 95%-100%.

2. Faktor regulasi tegangan = (VnL-VL)NnL x100%.= (900V - 899V)/900V x 100%= 0,11%.Harga ini cukup baik karena harga Faktorregulasi tegangan yang ditentuka., ::S0,5%

3. Pada pengujian rangkaian pembentuk pulsadiperoleh hasil keluar pulsa kotak 4V, lebar

pulsa 10 IlS, tegangan noise 5mV, rangkaianpembentuk pulsa mempunyai jangkau frekuensiyang cukup baik sampai 15,5 kHz.

4. Dari grafik hasil pengujian Iinieritas pencacahancounter LCD dan counter pada komputergambar 6 dan 7 maka diperoleh harga Iinieritaspencacahan yang sarna R2 = 0,9997, harga iniberarti kedua counter tersebut mempunyai hargaIinieritas yang cukup baik, karena harga R2semakin mendekati I berarti Iinieritasnyasemakin baik.

5. Dari grafik hasH pengujian linieritas pencacahanantara counter LCD dengan counter padakomputt:r Garnbar 8 maka diperoleh hargalinieritas pencacahan R2 = I, harga inimenunjukkan bahwa dari transfer data tidak adakesalahan, berarti transfer data sangat Iinier.

6. Dalam pengujian stabilitas pencacahan untuk n= 20, dengan tingkat kepercayaan 99%,didapatkan harga Chi Square Test (X2) = 12,80.Batasan yang diijinkan : 7,663 < X2 < 36,191Bila harga X2 dimasukkan menjadi : 7,663 <12,80< 36,191. Hal ini menunjukkan bahwaharga stabilitas pencacahan cukup baik.

KESIMPULAN

Dari data hasil pengujian dapat diambilkesimpulan sebagai berikut :I. Penyedia daya tegangan tinggi DC yang dibuat

sudah berfungsi dengan baik yaitu mempunyaiharga stabilitas tegangan tinggi 99,79%, regulasitegangan 0, II %, tegangan ripple 10mV.

2. Rangkaian pembentuk pulsa mengeluarkanpulsa kotak dengan tinggi pulsa 4V, lebar pulsa10 j.lS, tegangan noise 5mV, dan mempunyai

jangkau frekuensi masukan yang cukup lebarsampai 15,5 kHz.

3. Harga linieritas pencacahan counter cukup baik(R2 = 0,9997).

4. Dari hasil pengujian secara keseluruhan telahterbukti bahwa proses transfer data dari sistempencacah nukl ir ke komputer telah berhasildengan baik dengan tingkat akurasi I, yang

berarti sangat baik dan memenuhi syarat untukdigunakan.

DAFTAR PUSTAKA

1. http://www.digitaUnterfaceseriaI.com/catalogue2. ANONIMOUS, TECHNICAL ASSOCIA

TEDS (1988), DC High Voltage PowerSupply Model A4-600, USA.

3. ANONIMOUS, ORTEC (1991), Operatingand Service Manual of High Voltage DCPower Supply, USA.

4. ANONIMOUS, TECHNICAL ASSOCIATEDS (1988), Gamma Counter CircuitModel A4-602, USA.

5. WIRANTO, DKK (2004), Diktat AplikasiMikrokontroler dalam Instrumentasi Nuklir",Pusdiklat -SATAN, Jakarta

6. ANONIMOUS, IAEA - TECDOC 317(1984), Quality Control of Nuclear MedicineInstruments, VIENNA, AUSTRIA.

7. JAMES A. SORENSON (1987), Physics InNuclear Medicine, Second Edition, Gruneand 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 chisquare test x2 = 12,8 masuk pada batasanhargayangditetapkan 7,663 <X2 < 36,191

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 =0,9997dan ni/ai ini cukup baik karena semakinmendekati harga /.

~ Data ditranfer ke komputer karena untukkeper/uan penyimpanan dan pengo/ahandata.

Triyono~ Dalam pembuatan penyedia tegangan tinggi

diperlukan beberapa komponen, apakahkomponen tersebut mempakan komponen khusus

Jumari, dkk. ISSN 1410 - 8178 499


Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

Yogyakarta, 28 Agustus 2008

(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 dayadetektor GM.


rancang bangun sistem pencacah nuklir …digilib.batan.go.id/e-prosiding/file...

Documents