Widyanuklida Vol. 9 No. 1-2, November 2009

Sistem Pencacah NuklirBerbasis Mikrokontroler AT89S8252

Hapsara Hadi Carita JatiPusdiklat - Badan Tenaga Nuklir Nasional

AbstrakSistem pencacah nuklir yang baru menggunakan mikrokontroler seriAT89S8252. Kelebihan system pencacah nuklir yang baru meliputi:fleksibilitas pengaturan waktu cacah, kemampuan menyimpan data dalarnEEPROM, dan kemampuan berkomunikasi secara serial dengan personalcomputer. Pengujian sistem dilakukan dengan memvariasi frekuensi cacahmasukan dan variasi waktu cacah. Hasil pengujian menunjukkan bahwa hasilpencacahan sebanding dengan frekuensi pulsa cacah dan waktu cacah.Berdasarkan uji chi square dengan sumber (Co-60) aktivitas 20,81 JlCidiperoleh nilai 'X: = 5,769 untuk tingkat kepercayaan 99%. Nilai tersebutmenunjukkan sistem berhasil dibuat dengan baik.

Kata kunci: Pencacah, Mikrokontroler, RS232, Personal Computer.

AbstractThe system is constructed on microcontroller series AT89S8252. Thesystem's performance is better than the old system performance, because ithas some strength that consist of flexibility in setting the counting time,ability to storage the data of count, and ability in interfacing with computer.System testing is done by varying frequency of pulse count and varying thecounting time. Result of testing shows that the result of counting is linierwith the input of count frequency counting time. Based on chi square testwith Source 20, 81 pO activity of CO-60, the value of i = 5,769 wasobtained on 99% confidence degree. This value shows that the system canwork well.

Key word: Counter, Microcontroller, RS232, Personal Computer.

PendahuluanPenggunaan teknologi nuklir secaraoptimal membutukan pengetahuantentang keselamatan dan karak-teristik bahan nuklir. Untukmemenuhi syarat terse but dibu-tuhkan alat yang dapat membantumanusia dalam penggunaanteknologi nuklir secara maksimaldan arnan. Alat tersebut adalah

24

sistem pencacah nuklir. RancangBangun Sistem Pencacah NuklirBerbasis Mikrokontroler AT89C51telah di buat oleh Mursiti, S.ST.Sistem pencacah yang telah dibuattersebut memiliki beberapa keku-rangan. Sistem tersebut tidak dapatuntuk menyimpan data pencacahan,mengatur waktu pencacahan, hanyasekali pencacahan, tidak mampu

Hapsara Hadi Carita Jati - Sistem Pencacah Nuklir Berbasis Mikrokontroler AT89S8252

ditampilkan ke Personal Computer.Untuk menangani masalah ini,dibutuhkan sistem. Tujuannyaadalah membuat sistem pencacahnuklir yang memiliki kemampuanuntuk mencacah serta menyimpandata pencacahan secara otomatissampai 10 kali pencacahan dandapat menampilkan data ke LCDdan PC.

Landasan Teori

Sistem Pencacah NuklirSistem pencacah nuklir adalahsistem yang digunakan padapenelitian dan aplikasi radiasi untukmengukur kuantitas dan atau energiradiasi.

Detektor Geiger MullerFungsi dari detektor Geiger Mulleradalah sebagai transduser radiasipengion menjadi pulsa listrik.Detektor Geiger Muller termasukdetektor isian gas. Detektor initerdiri dari dua elektroda, positif dannegatif, serta berisi gas diantarakedua elektrodanya. Elektrodapositif disebut sebagai anoda, yangdihubungkan ke kutub Iistrik positif.Radiasi yang memasuki detektorakan mengionisasi gas dan meng-hasilkan ion-ion positif dan ion-ionnegatif (elektron).

Pembalik dan Pembentuk Pulsa.Pembuatan rangkaian pembalik danpembentuk pulsa diperlukan agarpulsa negatif keluaran dari detektordapat dibalik dan dibentuk menjadipulsa kotak positif standard TTLyang siap untuk dimasukkan padarangkaian selanjutnya.

Pengujian Rangkaian GM Inverterdan Pembentuk Pulsa denganPulse Generator.Pada pengujian diberikan Pulsaberpolaritas negatif sebagai masukandengan frekuensi = 1 kHz. Skemapengujian rangkaian GM inverterdan pembentuk pulsa dapat dilihatpada Gambar 1.Setelah pulsa melalui rangkaianpembalik pulsa, maka pulsa tersebutakan diubah polaritasnya menjadipulsa positif. Sehingga pulsa akanditerima oleh rangkaian pembentukpulsa. Rangkaian pembentuk pulsaberfungsi sebagai pembentuk pulsakotak atau digital standar TTLdengan tinggi pulsa yang didapatkansebesar 4,0 volt dan lebar pulsa 30us. Pulsa digital tersebut adalahpulsa yang siap diproses padarangkaian selanjutnya.

INse~·1 ~ ,~"". I ~ , ~~ IJL~(m~",; IGambar 1. Skema pengujian rangkaian GM inverter dan

pemhentuk pulsa

25

Widyanuklida Vol. 9 No. 1-2, November 2009

MikrokontrolerMikrokontroler merupakan suatuchip mikroprosesor dengandilengkapi sebuah CPU, Memori(RAM dan ROM) serta Input-Output. Mikrokontroler dapatdisebut sebagai suatumikrokomputer yang dapat bekerjahanya menggunakan satu chip sertadibantu dengan sedikit komponenluar,sehingga sering juga disebutSingle Chip Mikrokomputer (SCM).Mikrokontroler AT89S8252memiliki beberapa keistimewaan,yaitu: kompatibel dengan produkmikrokontroler MCS-51, 8K byteDownloadable Flash Memori, 2Kbyte EEPROM, 3 level programmemori lock, 256 byte RAMinternal, 32 VO yang dapat dipakaisemua, 3 buah Timer/Counter 16 bit,Programable Watchdog Timer, DualData Pointer, frekuensi kerja 24

MHz dan tegangan operasi 2,7-6Volt.

Komunikasi Data SerialKomunikasi data serial adalahdengan mengirim dan menerima 8bit data satu per satu. Pada dasarnyamikrokontroler AT89S8252dilengkapi dengan port serial yangdapat digunakan untuk mengirimdan menerima data dalam formatserial. Untuk dapat menghubungkanmikrokontroler dengan komputermelalui port serial, data dalam levelTTL harus diubah dulu menjadi datalevel RS232. untuk itu diperlukan ICMAX232 sebagai pengubah leveldata. Konverter usb to serialdigunakan untuk mengirim datasecara serial antara mikrokontrolerdan komputer melalui port USB.Gambar 2 memperlihatkan bagankomunikasi data serial.

Gambar 2. Komunikasi data serial

Cara PerancanganPada pembuatan Sistem PencacahNuklir ini secara umum terbagimenjadi dua bagian pokok, yaitupembuatan perangkat keras(hardware) dan perangkat lunak(software).Pengujian unjuk kerja sistempencacah dilakukan sebagai suatutolok ukur, apakah sistem pencacahyang dibuat sudah dapat bekerjasesuai yang diharapkan. Pengujian

26

denganmencakuppencacahanfrekuensi.

function generatoruji linieritas hasilterhadap waktu dan

"""nroLDC.a31LDC.a31

Gamhr 3. Skema••••juk kerja sisu.m ,."""" all

Hapsara Hadi Carita Jati - Sistem Pencacah Nuklir Berbasis Mikrokontroler AT89S8252

Perancangan Perangkat Lunak

Bahasa program yang digunakandalam penelitian ini adalah bahasaBASIC dengan software BASCOM-8051 yang merupakan salah satubahasa tingkat tinggi yangpenggunaannya relatif lebih mudahdibanding dengan bahasa tingkattinggi lainnya. BASCOM-80S I jugamempunyai fasilitas untukmengubah file .BAS menjadi .HEX.File .HEX ini yang kemudianditanamkan dalam mikrokontrollermenggunakan uploader. Dan untukpenampil pada PC menggunakanDelphi.Proses pencacahan pada alat inimenggunakan counter I sebagaipencacah dan penulisan programnyaterintregasi dengan prosespenyimpanan data pada menumencacah. Pada proses ini dilakukanpencacahan untuk data sampel.Penulisan pada program BASCOMadalah sebagai berikut:

Start TimerOCacahan = 0Cacah = 0F=OCounter1 = 0Start Counter1CisDoStop Counter1Cacah = Counter1F = F + CacahCacahan = Cacahan + FCacah = 0F=OCounter1 = 0Start Counter1Loop Until Detik <= 0 And Menit <=OAnd Jam <= 0Stop TimerO

End Sub

EEPROM digunakan untukmenyimpan data-data yangdiperiukan, dalam penelitian iniEEPROM digunakan untukmenyimpan hasil pencacahan.Penulisan internal EEPROMmikrokontroler AT89S82S2dilakukan dengan perintahwriteeeprom [variabel), [alamat).Setelah perintah penulisan harusdiberikan delay. Berikut ini adalahpenulisan pada program penyim-panan data secara umum:

Writeeeprom Cacah_net , EWaitms 20Next D

Program pembacaan EEPROMhampir sarna dengan penulisanEEPROM, yaitu readeeprom[variabel), [alamat). Contoh listingprogram pembacaan sebagai berikut:

Readeeprom Cacah_net , EWaitms 20

Perintah kirim data merupakanperintah yang digunakan untukmengirim data hasil pencacahan kePC. Program untuk mengirim datake PC adalah sebagai berikut:

Kirim_data:Print; Cacah_net

Program Delphi digunakan untukmenampilkan data ke pc. Penulisanpada program Delphi adalah sebagaiberikut:

procedureTForm1.FormActivate(Sender:TObject);

27

Widyanuklida Vol. 9 No. 1-2, November 2009

beginlIIoad file flash,lokasinya samadengan file EXE hasil delphiswf.Movie:=ExtractFilePath(Application.ExeName)+'main.swf;/Istlh dipanggillangsung dijalankanswf.Play;end;

procedureTForm1.swfFSCommand(ASender:TObject; const command,args: WideString);beginI/jembatan dr hardware ke flashI/ini untuk menerima data dari flashif command<>'kirimPerintah' thenexit;I/data dari flash langsung dikirim kehardwareXComm1.SendByte(strTolnt(args));end;

Perancangan Perangkat Keras(Hardware)Mikrokontroller yang digunakanpada penelitian ini adalahmikrokontroller tipe AT89S8252.Pertimbangan pemakaianmikrokontroller dengan tipe tersebutadalah mempunyai fasilitas memoriyang dapat digunakan untukpenyimpanan data. Sistem minimumini dilengkapi dengan komponendengan sumber clock.

C1I

•••••

Gambar 4. Rangkaian Clock

Sumber clock merupakan penghasildetak berupa kristal dan dua buahkapasitor. Kristal yang digunakan

28

adalah sebesar 12 MHz. Kristalterse but kemudian dirangkai dengankapasitor 30 pF yang dihubungkandengan pin XTAL 1 dan XTAL2mikrokontroler. Dengan frekuensiterse but diharapkan dapatmengeluarkan pulsa sebanyak 12MHz per detik, yang berarti dalam 1detik ada lxl06 machine cycle.Rangkaian reset berfungsi untukmereset program, yaitu denganmenghubungkan pin reset denganlogika 1 atau 5 volt. Pada sistemminimum ini, port 2 digunakanuntuk LCD, sebelum dihubungkandengan LCD, port 2 terlebih dahuludiberi pull up. Penggunaan pull upini bertujuan untuk memastikankondisi masukan untuk LCD adalahbenar-benar 1. Pada pull up tersebutpin pertama dihubungkan dengan 5volt. Port 1 digunakan sebagaikeypad. Keypad yang digunakanadalah keypad matriks 3x4.Sedangkan port 3.5 sebagai counteryang berguna sebagai masukanuntuk mikrokontroler.Rancangan keypad merupakan inputbagi mikrokontroler, dimana inputtersebut berupa kode digital yangdikonversikan oleh mikrokontrollerke dalam kode desimal maupunkode ASCII untuk mengisikan dataangka maupun simbol. Keypadmemiliki tombol yang mempunyaifungsi sesuai dengan settingpembuat alat.Komunikasi LCD dengan mikro-kontroler melalui pin DB4-DB7 danport 2.4-2.7. Reset dan enableterletak pada P2.2 dan P2.3. Padasaat RS mendapat sinyal rendah dariP2.2 dan E mendapat sinyal transisidari tinggi ke rendah dari P2.3 maka

Hapsara Hadi Carita Jati - Sistem Pencacah Nuklir Berbasis Mikrokontroler AT89S8252

terjadi inisialisasi LCD. Datakemudian dikirim melaui DB4-DB7dari P2.4-P2.7 dari mikrokontroller.Proses penginrnan data terjadiapabila RIE dalam kondisi low(terhubung ke ground), ini berartibahwa LCD siap menerima data.Ketika RS mendapat sinyal tinggidari P2.2 dan E mendapat sinyaltransisi dari rendah ke tinggi dariP2.3 maka akan terjadi pengirimandata pada LCD.

Hasil dan PembahasanPengujian ini dilaksanakan untukmengetahui kemampuan atau unjukkerja dari sistem dan untukmengetahui apakah sistem sudah

- berjalan sesuai dengan pereneanaan.

Pengujian Linieritas PencacahTerhadap Perubahan FrekuensiPengujian dilakukan denganmemberikan input pulsa TIL darifunction generator denganmelakukan variasi frekuensi antara10 Hz- 1 kHz kemudian dilakukanpeneaeahan dalam jangka waktu 60detik. Hasil eaeah akandibandingkan dengan teori.

r------UNJUKKE-RJAALAT---I 40000i 35000

IS ::10(

1% 200001 ~ 15000IU1~I 0 20000 40000 60000 &0000

i CACAH TEORII. _=~~.JUKKERJA AL,4.T -linear(UNJUK KERJ,a, ALAr)

Gambar 5. Grafik linieritas peneaeahterhadap perubahan frekuensi

Dari uji linieritas peneaeah terhadapperubahan frekuensi diperoleh hargakoefisien korelasi R2 = 1.

Pengujian Linieritas PencacahTerhadap Perubahan PewaktuPengujian dilakukan denganmemberikan input 1 kHz pulsa TILdari function generator denganmelakukan variasi waktu eaeah.

70000

60000y= 1041.x-8S.45

R':::: 0:999

50000 .

40000 r'-"""30000 L. .

20000 !10000 f

o t,

20 40 60WAKTU (detlk)

-+-UNJUK KERJA ALAT - Unear (UNJUK KERJ ..•..ALAT)

Gambar 6. Grafik linieritas peneaeahterhadap perubahan pewaktu

Dari uji linieritas peneaeah terhadapperu bah an pewaktu diperoleh hargakoefisien korelasi R2 = 0,999.

Pengujian Kestabilan Pencacahan(Chi Square Test)Pengujian ini dilakukan denganmengggabungkan seeara kese-luruhan rangkaian yang dibangundengan detektor GM dan sistemtegangan tinggi dengan tujuan untukmengetahui kestabilan pencaeahan.Pengujian dilakukan denganmelakukan peneaeahan terhadapsumber radioaktif (Co-60) denganaktivitas 20,81 ~Ci (Agustus 2006)pada jarak 10 em dan waktu eaeahadalah 60 detik. Pada pereobaan inidata diambil sebanyak 15 kali, dandilakukan di STfN - BATANYogyakarta.

00

29

Widyanuklida Vol. 9 No. 1-2, November 2009

Tabel1. Hasil peneaeahan terhadap sumberCo.60

"0 Cacah (Xi) (X-X)1 13171 2460.16

2 13062 3528.36

3 13179 3317.76

4 13154 1062.76

5 13101 416.16

6 13143 466.56

7 13103 338.56

8 13269 21785.76

9 13:123 ffiB2.56

10 13096 645.16

11 13255 17848.~

12 13104 302.76

13 13081 1632.16

14 13033 7814.56

15 13047 5535.36

"=15 rxi =196821 z:(.r -xY = 76837.6

2 = 13121.4

Data yang diperoleh seperti padatabel diatas dianalisa denganmenggunakan metode chi square.Pada pengujian chi square eX2

)

dengan data sebanyak 15 data, makahasil perhitungan nilai X2 hamsberada pada 4,660 s X2 :::; 29,141.Data akan diterima apabila hasil chisquare test eX2) yang diperolehberada dalam rentang yang telahditentukan dan akan ditolak apabilanilai chi square test eX2) beradadiluar rentang yang telah ditentukan .

.....-.(x X)lXl = £..J - 76837.6 = 5.856X 13121.4

Harga chi square test eX2) hasilpengukuran = 5,856. Harga dima-sukkan dalam standar yang dite-tapkan. Batasan yang diijinkan =4,660 :::; 5,856 s 29,141. Setelahdilakukan penghitungan ternyatahasil chi square test berada pada

rentang angka yang ditentukan, yangberarti bahwa alat yang dibuat telahsesuai dengan yang diharapkan.

Pengujian Komunikasi DenganPCPengujian ini dilakukan denganmenggabungkan sistem yang terdiridari input / masukan, antarmukapencacahan dan sistem penampildengan tujuan untuk mengetahuihasil pencacahan. Keypad digunakanuntuk menentukan jumlah cacah,waktu cacah dan mengirim data kePc. Pada pengiriman data ke PCakan terlaksana ketika pada tampilanLCD dipilih menu kirim data.Selanjutnya data hasil cacahan diki-rimkan ke PC untuk ditampilkan.Agar data hasil pencacahan dapatditampilkan atau disimulasidiperlukan perangkat lunakpenampil dengan software Delphi.Dengan tampilan sebagai berikut :

_,..~ - -..- -- .

1;:.;..:;::iL•..JQ-_j

e.:

Gambar 7. Tampilan data cacahdengan Delphi

Dari pengujian dapat dilihat bahwa,pencacahan dapat dilakukan denganmelakukan variasi pilihan menuyang tersedia pada programpenampil. Dengan program tersebutpencacahan sebanyak 10 kali dapat

30

Hapsara Hadi Carita Jati - Sistem Pencacah Nuklir Berbasis Mikrokontroler AT89S8252

Daftar PustakaAgfianto Eko Putra, 2002, Belajar Mikrokontroler AT89C51152/53 Teori

dan Aplikasi, Edisi 2. Yogyakarta: Penerbit Gava Media.Moh. Ibnu Malik, 2003, Belajar Mikrokontroler ATMEL AT89S8252.

Yogyakarta: Penerbit Gava Media.Mursiti, 2005, Pembuatan Sistem Pencacah Nuklir Berbasis Mikrokontroler.

Tugas Akhir, Yogyakarta.Nugroho Tri Sanyoto, 2005, Rancang Bangun Area Momitor Berbasis

Mikrokontroller Menggunakan Detektor Geiger Muller, Tugas Akhir,Yogyakarta.

Sugiri, 2006, Pemrograman Sistem Pengendali Dengan Delphi,Yogyakarta:Penerbit Andi.

dilakukan secara otomatis danhasilnya dapat di simpan.

KesimpulanDari penelitian yang telah dilakukandapat diperoleh beberapa kesim-pulan antara lain :I. Telah berhasil dibuat sistem

pencacah nuklir berbasis mikro-kontroler AT89S8252. Yangmemiliki kemampuan: menyim-pan data cacahan, melakukanpencacahan lebih dari satu kalisecara otomatis, dan dapatdihubungkan dengan LCD danPC.

2. Dari hasil pengujian linearitasalat, diperoleh nilai koefisien

korelasi (R2) = 1 terhadapperubahan frekuensi dankoefisien korelasi (R2) = 0,999terhadap perubahan waktu,sehingga linearitas pencacahanalat yang dibuat cukup baik.

3. Nilai uji statistik chi square dari15 data diperoleh angka 5,769.Angka itu terletak diantara 4,660s 5,769 :s 29,141, artinya angkakebolehjadian stabil adalah 99%dan kesalahan sebesar 1%, yangberarti alat yang dirancang dalamkeadaan stabil dan layak pakai.

31