32
Pada bab ini penulis akan menjelaskan mengenai perencanaan modul pengatur mAs pada mobile x-ray berbasis mikrokontroller atmega8535 yang meliputi perencanaan dan pembuatan rangkaian blok diagram baik secara hardware maupun software.
3.1 Spesifikasi Alat
Alat ini dirancang menggunakan mikrokontroller atmega 16 untuk mengontrol arus dan menyediakan timer saat ekspos berlangsung, adapun spesifikasi alat yang dirancang adalah sebagai berikut :
1. Tegangan kerja : 220 Vac
+24 Vdc, +12Vdc, -12Vdc, 10 Vdc, +5Vdc 2. Beban/filamen : Lampu Halogen 24 Vdc
3. Mikrokontroller : ATmega 8535
4. Display : LCD 16 X 2
3.2 Perancangan Secara Blok Diagram
Cara kerja blok diagram adalah saklar ON sumber tegangan DC 24 volt akan menyuplai tegangan ke seluruh rangkaian. Pada blok rangkaian charge baterai berfungsi mencharge ulang baterai apabila tegangannya berkurang dengan cara menghubungkan steker ke sumber listrik yang tersedia di ruangan tersebut. Setelah saklar On maka display akan menyala dan alat dalam keadaan preheating. Dalam keadaan preheating mA akan terukur 70 mA.
Kemudian, tekan tombol up atau down mA maka mikrokontroller akan memerintahkan DAC memberikan sinyal ke komparator pada rangkaian PWM agar mA sesuai dengan keadaan setting. Kemudian, saat tombol ready ditekan maka lampu dalam keadaan pemanasan penuh dikarenkan mA dalam kondisi
setting. Apabila tombol ekspos ditekan maka waktu yang sudah diatur akan
bekerja dan ekspos berakhir. Berikut ini merupakan blok diagram pemodelan pengatur mAs pada x-ray mobile :
Gambar 3.1 Blok Diagram Pemodelan Pengatur mAs pada x-ray mobile
Penentuan mA dan waktu pada alat ini mengacu pada pesawat Sirius 130HP hitachi dengan mA yang sudah disediakan. Sehingga didapat nilai waktu sebagai berikut:
mAs =
diketahui nilai mAs = 10, mA = 90. Sehingga didapat, Second =
Maka didapat second =
= 0.11 s Rangkaian charge baterai Baterai 24 V Mikrokontroller atmega 16 Rangkaian DAC Keypad / tombol LAMPU / FILAMEN Rangkaian PWM LCD Rangkaian Shunt resistor
Dengan perumusan yang sama seperti diatas maka diperoleh nilai pada Tabel dibawah ini :
Tabel 3.1 perhitungan mAs
No. mAs = 10 mAs = 20 mAs = 32 mA Second 1 Second 2 Second 3
1 90 0.11 0.22 0.356 2 100 0.1 0.2 0.32 3 125 0.08 0.16 0.256 4 156 0.128 0.128 0.205 5 175 0.114 0.114 0.183 6 200 0.1 0.1 0.16 7 250 0.04 0.08 0.128 3.3 Baterai 24V
Pada baterai ini menggunakan empat baterai 6 Volt DC yang diseri sehingga menghasilkan 24 volt.
3.4 Rangkaian charger baterai
Rangkaian Charger baterai ini bisa digunakan untuk baterai jenis apa saja. Rangkaian ini mampu mengisi baterai dengan arus 4 A hingga tegangan baterai mencapai titik tertentu. Pada titik ini arus pengisian menjadi sangat kecil. Jika voltase baterai berkurang lagi, rangkaian akan kembali mengisi baterai hingga mencapai titik voltase tadi. Terdapat LED yang akan menyala untuk menandakan baterai sudah penuh.
Pada rangkaian dibawah ini mengacu pada media elektronik yang penulis peroleh, ada beberapa komponen yang berubah misalnya : R13 yang semula 110 ohm menjadi 220 ohm. Hal tersebut karena adanya output yang dirubah yaitu 24 V dc.
Gambar 3.2 Rangkaian charge baterai
3.5 Perencanaan Rangkaian Mikrokontroller Atmega8535
System minimum mikrokontroller ATmega8535 (minsys) direncanakan untuk mengatur mA, menyediakan lamanya waktu ekspose dan tampilan LCD. Mikrokontroller akan aktif apabila diberi tegangan suplay sebesar +5V pada pin 10 dan pin 32, kemudian diberi tegangan nol pada pin 11 dan pin 31.
Gambar 3.3 Rangkaian Mikrokontroller Atmega8535
1 2 P10 Header 2 D17 5401 D19 D Zener Q 7 SCR R40 220 ohm R38 330 Q6 BTA08 D18 Diode 1N4002 R39 330 2,2 K R41 Res1 R46 220 ohm R43 150 R44 150 R45 150 R42 150 1 2 P13 Ke Baterai C24 220uF D20 LED0 PB0 (XCK/T0) 1 PB1 (T1) 2 PB2 (AIN0/INT2) 3 PB3 (AIN1/OC0) 4 PB4 (SS) 5 PB5 (MOSI) 6 PB6 (MISO) 7 PB7 (SCK) 8 RESET 9 PD0 (RXD) 14 PD1 (TXD) 15 PD2 (INT0) 16 PD3 (INT1) 17 PD4 (OC1B) 18 PD5 (OC1A) 19 PD6 (ICP) 20 PD7 (OC2) 21 X T A L2 12 X T A L1 13 GN D 11 PC0 (SCL) 22 PC1 (SDA) 23 PC2 (TCK) 24 PC3 (TMS) 25 PC4 (TDO) 26 PC5 (TDI) 27 PC6 (TOSC1) 28 PC7 (TOSC2) 29 A R E F 32 A VC C 30 GN D 31 PA7 (ADC7) 33 PA6 (ADC6) 34 PA5 (ADC5) 35 PA4 (ADC4) 36 PA3 (ADC3) 37 PA2 (ADC2) 38 PA1 (ADC1) 39 PA0 (ADC0) 40 VC C 10 U 7 ATmega8535 C 9 22nF C 8 22nF 1 2 Y 2 10Mhz GN D GN D X T A L2 X T A L1 X TA L 2 X TA L 1 S8 SW-PB C 7 10 uF R26 2K2 +5 G N D RESET RESET S9 mAs-Up S10 mAs-Down D 6 PreHeating D 7 Ready D 8 Ekspos R23 220 R24 220 R25 220 G ND R27 4K7 +5 PC[0..7] PC[0..7] PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 PA0 PA1 PA2 PA4 PA5 PA6 PA7 PA7 PA7 PB0 PA4 PA6 S13 Ready S14 Ekspos PB0 MASD R D Y XPOS MASU MASU MASD R D Y XPOS R W R S D B 7 D B 6 D B 5 D B 4 LCD PD[0..7]
Mikrokontroller ATmega 8535 memiliki osilator internal, namun untuk mendapatkan keakurasian yang lebih tinggi digunakan osilator eksternal sebesar 10 MHz dan kapasitor 22 pF pada pin 12 dan 13. Pin reset pada pin 9 merupakan aktif low sehingga apabila diberi tegangan nol maka mikrokontroller akan mereset program kembali ke awal.
3.6 Perencanaan Rangkaian DAC
Pada rangkaian ini terdapat rangkaian DAC sebagai pengubah data digital ke analog sehingga akan mengontrol arus yang diinginkan. Besaran digital diberikan ke B1 sampai B7 (kaki 5 sampai 12) pada IC DAC0800 melalui mikrokontroller Atmega 16 pada port PC0 sampai PC7, nilai biner dari besaran digital ini dirubah menjadi besaran analog.
G
Gambar 3.4 Rangkaian DAC
Arus pada IOUT (kaki 4 DAC0800) dan IOUT* (kaki 2 DAC0800), kemudian oleh IC Operational Amplifier LM741 arus tersebut diubah menjadi tegangan. Tegangan yang dihasilkan dinyatakan dengan rumus yang tertera pada datasheet, selain tergantung pada nilai bobot besaran digital yang diberikan, tegangan ini tergantung pula pada besarnya Vref (kaki 14 DAC 0800), dalam hal ini penulis memakai resistor 4.7Kohm.
Rangkaian Op-amp pada DAC 0800 menggunakan LM741 yang menghasilkan tegangan kemudian dibandingkan oleh komparator pada blok rangkaian PWM 3 2 4 6 7 U1 LM741CN +12 R1 4K7 R4 4K7 GND VLC 1 IOUT 2 V -3 IOUT 4 B1 5 B2 6 B3 7 B4 8 B5 9 B6 10 B7 11 B8 12 V+ 13 VREF(+) 14 VREF(-) 15 COMP 16 U2 DAC0800LCN +12 +10 R2 4K7 GND R3 4K7 GND PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 GND C5 10nF -12 PC[0..7] CMP PC[0..7]
3.7 Perencanaan Rangkaian PWM
Pulse Widht Modulation juga merupakan salah satu dari rangkaian driver
yang prinsip kerja dari PWM berdasarkan lebar pulsa modulasi sinyal tegangan yang mencatu lampu halogen yang dipergunakan, sehingga besarnya besarnya mA pada lampu dapat di atur dengan membandingkan tegangan output pada rangkaian DC. Pulse Widht Modulation (PWM) dipakai dalam perencanaan ini sebagai tegangan referensi dan penstabil.
Gambar 3.5 Rangkaian PWM
Pada rangkaian ini terdapat beberapa bagian yang terdiri atas :
1. Rangkaian Voltage Devider
Rangkaian ini berfungsi sebagai rangkaian pembagi tegangan. Dalam rangkaian PWM di atas digunakan R1 = R2, penulis menggunakan resistor sebesar 100Kohm sehingga,
Vin = 24 Volt R1=R2 = 100Kohm 2 3 1 11 4 U9A LM324AN 9 10 8 11 4 U9C LM324AN 6 5 7 11 4 U9B LM324AN 12 13 14 11 4 U9D LM324AN R34 100K R32 100K R30 100K R31 100K C13 10nF Q 3 2N3904 K 2 Relay-SPST G N D D 9 Diode 1N4001 +12 D R V Q 4 2SK2651 R36 330 +12 +12 -12 +12 +12 +12 -12 -12 -12 -12 R35 10K G N D CMP PA7 LAMPU R33 47K To R shunt
Vout =
x Vin =
x 24 Volt = 12 Volt
2. Rangkaian Buffer (Voltage Follower)
Rangkaian ini berfungsi untuk menjaga agar tegangan input sama dengan tegangan output (Vin = V out). Pada rangkaian di atas, rangkaian ini menjaga agar tegangan besarnya sama dengan 12 volt.
3. Rangkaian Pembangkit Sinyal (Oscilator)
Pembangkit sinyal atau oscillator yang digunakan adalah pembangkit sinyal square. Pembangkit sinyal ini menghasilkan gelombang yang berbentuk sinyal step. Oscillator jenis ini umumnya merupakan umpan balik positif, maka lebih dikenal dengan feedback oscillator.
4. Integrator
Dalam rangkaian ini adalah memfungsikan op-amp untuk melakukan proses integrasi seperti dalam operasi matematik. Komponen dasarnya adalah adanya kapasitor (sebagai umpan balik) dan resistor. Pada rangkaian PWM bagian integrator ini berfungsi mengubah sinyal kotak menjadi trigger (segitiga). Hal ini dapat terjadi, sebab saat sinyal inputan (+) masuk maka akan disimpan dulu oleh kapasitor dan saat sinyal inputan (-) masuk maka sinyal yang disimpan oleh kapasitor akan dikeluarkan bertepatan dengan sinyal inputan (-) sehingga bentuknya segitiga. Begitu seterusnya. Pada rangkaian ini outputannya difeedback ke rangkaian pengubah sinyal, hal ini dimaksudkan untuk menjaga agar sinyal yang ada pada rangkaian PWM frekuensinya lebih tinggi daripada rangkaian sebelumnya. Sehingga bila outputannya harga frekuensinya lebih rendah akan difeedback ke rangkaian pengubah sinyal untuk mendapat penguatan.
Pada rangkaian ini Vref diatur sebesar 12 volt dan op-amp dicatu dengan Vcc sebesar 24 volt. Bila harga Vin lebih kecil daripada Vref maka tegangan outputan berharga sebesar Vcc yaitu 24 volt. Tetapi bila harga Vin lebih besar daripada Vref maka tegangan outputan berharga nol (0). Sebagai Vref, kaki negatif op-amp dihubungkan dengan rangkaian DAC. Kemudian sinyal dan tegangan outputan akan menuju ke FET, panjang pendeknya lebar pulsa modulasi akan mempengaruhi kerja FET.
3.8 Perencanaan Rangkaian Shunt
Dasar dari shunt resistor secara sederhana adalah sebuah kawat tembaga yang telah diukur panjang dan diameternya dan dihubungkan secara seri antara suplai listrik dengan beban yang akan diukur. Untuk mengetahui besar arus yang mengalir dengan memanfaatkan voltage drop pada shunt resistor adalah dengan cara menghubungkan terminal positif dan negatif dari voltmeter pada sambungan pada masing2 sisi shunt resistor tersebut. Shunt resistor yang telah terkalibrasi akan menghasilkan pembacaan yang lebih akurat. Cara kalibrasinya adalah dengan membandingkan hasil pembacaan dengan amperemeter standard yang presisi. Dalam proses kalibrasi, ampere meter harus dihubungkan secara seri antara sumber listrik , shunt resistor dan beban yang akan diukur. Kemudian hasil pembacaan dari voltmeter dibandingkan dengan hasil pembacaan pada ampere meter referensi. Tegangan Arus yang mengalir ke beban dapat dihitung dengan hukum Ohm (V=I*R, I=V/R, R=V/I) dengan cara membagi hasil pembacaan tegangan drop dengan shunt resistor dengan nilai resistansi dari shunt resistor. Dalam hal ini penulis menggunakan resistor senilai 0,47 Ohm.
Gambar 3.6 Rangkaian Shunt resistor +12 R ? 100K R ? 6K8 R ? 0,47 ohm R ? 10 0K A D C 1 A D C 0 RELAY LAMP
3.9 Perencanaan Rangkaian LCD
Pada perencanaan rangkaian LCD ini akan dikontrol oleh rangkaian mikrokontroller ATmega 16 dari port PD.0 – port PD.7 dengan menampilkan tulisan dan angka. Tulisan dan angka yang ditampilkan pada tampilan LCD berupa tampilan pemilihan nilai mA dan waktu yang akan diatur.
Gambar 3.7 LCD
3.10 Perencanaan Perangkat Lunak (Software)
Perencanaan perangkat lunak merupakan inti dari keseluruhan untuk mengatur mAs pada alat pemodelan pengaturan mAs ini. Berupa program-program yang bertujuan mengatur lamanya ekspos dan pemberian mA.
Program akan memulai melakukan perintah setelah IC mikrokontroller Atmega mendapat supply +5 volt dan terkoneksi dengan setiap bagian yang diperlukan untuk menjalankan perintah.
Untuk lebih jelasnya mengenai kerja alat dengan perangkat lunak, maka dapat dilihat diagram alir berikut :
Cara kerja dari diagram alir ini, program dapat diketahui bagaimana sistem mikrokontroller bekerja diawali inisialisasi, konfigurasi port yang digunakan sebagai input atau output dan konfigurasi lainnya. Kemudian user menekan tombol mAs UP atau Down yang diinginkan maka akan menghasilkan mAs
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 P16 LCD 16X2 R66 10K VO GN D V CC K R67 470 A G ND D27 GN D K VC C VO RS RW DB 0 DB 1 DB 2 DB 3 DB 4 DB 5 DB 6 DB 7 A V CC E V CC GND PA[0..7] PD[0..7] PD0 PD1 PD2 PD4 PD5 PD6 PD7
sebesar 10, 20, 25 akan tetapi mA maupun second sesuai acuan pada alat rontgen masing-masing (sesuai pabrikasi). Kemudian tombol ready ditekan maka arus seperti kondisi setting. Apabila tombol ekspos ditekan relay bekerja dan waktu menghitung mundur, penyinaran/ekspos berakhir.
Start
Inisialisasi
Relay On, Kondisi Lampu Preheating, LED Preheating nyala Tampilan Arus: 90mA Waktu: 0,110S Tombol Up ditekan? Tombol Down ditekan? Tombol Ready ditekan? Arus atau waktu bertambah Arus atau waktu berkurang Kondisi lampu sesuai dengan Tampilan Arus, LED Ready nyala Tombol Expose ditekan? Data waktu berkurang, LED Expose nyala Data waktu=0? Relay Off, Kondisi Lampu Padam Stop Tombol Expose ditekan lagi? Y N Y Y Y Y Y N N N N N Gambar 3.7 Flowchart
