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