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: jumari@batan.go.id
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 (R2) = 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
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
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
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
sistem
spektrometer gamma
Dari blok diagram sistem spektrometer gamma Gambar 1 tersebut bagian yang dibuat adalah
counter/timer. Rangkaian counter/timer yang dibuat
disajikan pada Gambar 2.
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 DB0-DB7 (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.
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.
Tabel 1. Data hasil pengujian linieritas pencacahan No. Frekuensi masukan (Hz) Cacah mikrokontroler (cpm) 1 10 592 2 100 5917 3 200 11985 4 300 17928 5 400 23982 6 500 29858 7 600 35954 8 700 41699 9 800 47715 10 900 52599 11 1000 59370 12 1100 65489
Dari Tabel 1 kemudian disajikan dalam bentuk grafik Gambar 4.
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):
2
X
=X
)
X
-Xi
(
2
2X
= 5663 84102= 14,85 2X
= 14,85PEMBAHASAN
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
Tabel 2. Data pengujian stabilitas pencacahan.
No. Cacah (Xi) 2
)
(
Xi
X
1 5680 289 2 5662 1 3 5655 64 4 5677 196 5 5634 841 6 5782 14161 7 5725 3844 8 5644 361 9 5751 7744 10 5674 121 11 5608 3025 12 5596 4489 13 5576 7569 14 5558 11025 15 5705 1764 16 5577 7396 17 5750 7569 18 5760 9409 19 5598 4225 20 5660 9 N=20 Xi = 113272,
X
5663 2)
(
Xi
X
= 84102Dari 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. R2 = 0,9998 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Frekuensi masukan (Hz) C ac ah /m en it
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
8-bit 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.
