OTOMASI KENDALI KAMERA GAMMA RADIOGRAFI MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA 8535

Oleh:Budi Suhendro 1, Djoko Marjanto2, Ersan Kusuma Atmaja 3,

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir – Badan Tenaga Nuklir NasioanalJl. Babarsari Kotak Pos 6101/YKBB YogyakartaTelp : (0274)48085,489716 ; Fax : (0274)489715

INTISARI

OTOMASI KAMERA GAMMA RADIOGRAFI MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA 8535 . Telah dilakukan penelitian pengubahan sistem kendali kamera gamma yang manual menjadi otomatis. Penelitian ini terdiri dari sistem mekanik, elektronik, dan perangkat lunak. Alat ini dirancang untuk membuat proses radiografi menggunakan kamera gamma menjadi otomatis tanpa menghilangkan segi portabelitasnya. Radiografer hanya mengatur waktu penyinaran yang diinginkan, kemudian motor akan bergerak secara otomatis menggerakkan sumber menuju kolimator. Kemudian menyinari film selama waktu yang diatur dan secara otomatis kembali menuju kamera. Semua proses radiografi menggunakan kamera gamma berjalan otomatis. Otomasi ini meningkatkan keamanan dalam segi proteksi radiasi, khususnya dari segi jarak. Namun penelitian otomasi ini memiliki kelemahan pada kunci pengaman kamera gamma. Motor tidak memiliki kecepatan dan torsi yang cukup untuk menggerakkan kunci pengaman menuju posisi hijau.

Kata kunci : kamera gamma, otomasi, mikrokontroler.

ABSTRACT

GAMMA RAY RADIOGRAPHY AUTOMATIC BASE MICROCONTROLLER ATMEGA 8535. The research about change gamma ray control’s from manually to be automatic have been done. This research consist of mechanical, electrical, and software. This instrument designed for make gamma ray be automatic but also kept make gamma ray portable.User just setting exposure time at panel control, and motor will move the source to collimator and stop for a exposure time. After that, the source back to container automatically. This aoutomation make radiography more secure, specially about distance. Because user can operate gamma ray from far away. But this instruments have a weakly at secure lock. Motor didn’t have more velocity and torque to move secure lock at green position.Keywords : Gamma ray, automatic, mikrokontroler

1 Peneliti I2 Peneliti II3 Mahasiswa Teknofisika STTN-BATAN Yogyakarta

PENDAHULUANSekarang ini hampir semua proses di berbagai bidang industri dioperasikan dengan

otomatis. Hal itu sangat meringankan beban manusia dalam pengoperasiannya. Otomasi alat-alat proses industri didukung oleh perkembangan teknologi elektronika. Mikrokontroler adalah suatu terobosan teknologi mikroprosesor dan mikrokomputer sebagai salah satu alat bantu pengendali otomatis. Keberadaan suatu mikrokontroler, sebuah proses yang sebelumnya dilakukan secara manual dapat berubah menjadi otomatis hanya dalam bentuk rangkaian terpadu yang berukuran kecil. Radiografi merupakan salah satu aplikasi teknologi nuklir dibidang industri. Sifat radiasi yang mampu menembus materi dimanfaatkan untuk menguji kerusakan bahan kontruksi. Radiografi yang sering digunakan adalah pesawat sinar-x dan sinar gamma, keduanya memiliki kelebihan dan kekurangan. Sistem pengoperasian pesawat sinar-x dapat dikategorikan otomatis. Sedangkan kamera gamma adalah alat radiografi portabel yang dirancang untuk radiografi di lapangan, dan dioperasikan secara manual yang tidak membutuhkan sumber listrik,

Oleh karena itu dibuat suatu alat tambabahan yang merubah pengoperasian kamera gamma menjadi otomatis. Otomasi seperti ini dibutuhkan untuk menunjang pekerjaan menjadi lebih efisien, efektif dan aman. Proses otomasi kamera gamma menggunakan mikrokontroler untuk mengendalikan sumber, menghentikan, mengatur waktu penyinaran (ecposure time), mengembalikan sumber ke kamera, dan semua proses tersebut ditampilkan pada LCD, sehingga pengguna dapat mengatur jarak untuk menghindari paparan radiasi.

PERANCANGAN SISTEM

Gambar 1. Diagram susuna perangkat keras

Ketika motor bergerak maju, maka crank yang terhubung langsung dengan motor akan mendorong sumber keluar kamera dan bergerak maju menuju kolimator. Di dalam kolimator

ATMEGA

8535

Keypad

Limit switch 1

Limit switch 2Motor berhenti

Buzzer dan led

Relay 2 / motor mundur

Relay 1 / motor maju

timer

sudah terpasang limit switch 1. Apabila sumber telah sampai di kolimator dan menabrak limit swith 1 hingga limit switch 1 ON, limit switch 1 ini akan memberi masukan berupa logika 1 kepada mikrokontroler. Dan mikrokontroler akan menghentikan gerakan motor yang sekaligus gerakan sumber juga. Keadaan sumber berhenti di dalam kolimator merupakan keluaran berupa timer yang sesuai dengan masukan waktu penyinaran yang diatur di awal tadi. Selain itu, alarm dan lampu pada panel kontrol akan menyala selama exposure sedang berlangsung. Setelah timer terpenuhi, maka mikrokontroler akan mengaktifkan relay 2 yang berarti motor DC wiper akan bergerak mundur. Sehingga crank akan menarik sumber dari kolimator menuju ke kamera. Dan akan berhenti setelah limit switch 2 ON.

ATMega 8535

Perangkat keras terdiri dari rangkaian minimum sistem ATMega 8535 yang keluarannya langsung terhubung dengan rangkaian driver relay dan masukan berasal dari keypad dan limit swicth. Rangkaian minimum sistem ATMega 8535 dibuat dengan memasang kristal 16 MHz dan kapasitor 22 pF yang dihubungkan dengan Pin XTAL 1 dan XTAL 2 dari mikrokontroler agar diperoleh sumber clock.

Tabel 1. Penggunaan Port ATMega 8535

PORT PIN KETERANGANPort B0 1

LCD

Port B1 2Port B2 3Port B4 5Port B5 6Port B6 7Port B7 8Port C0 22 Rangkaian RelayPort C1 23Port C2 24 Limit switch 1Port C3 25 Limit switch 2Port C4 26 BuzzerPort C5 25 LedPort D0 14

Keypad 3x4

Port D1 15Port D2 16Port D3 17Port D4 18Port D5 19Port D6 20

Tombol reset digunakan untuk mereset program kembali ke awal, dapat juga digunakan untuk menghentikan motor tiba-tiba. Reset ini diperoleh dari Pin 9 pada mikrokontroler ( Pin reset ) dengan logika 1 atau 5 volt. Inputan berasal dari keypad 3x4 dan limit switch. Sedangkan outputnya adalah rangkaian driver relay, LCD, led, dan buzzer.

Relay

Gambar 2. Rangkaian Relay

Rangkaian driver relay ini terdiri dari transistor PNP dan NPN dan resistor 1 K. rangkaian ini akan memberi catu 12 volt langsung dari accu ke motor. Kondisi relay ON diperoleh dari mikrokontroler. Jika relay 1 yang ON maka motor akan bergerak maju, dan jika relay 2 ON, maka motor bergerak mundur. Logika 0 dari mikrokontroler akan memberikan bias kepada basis, dan transistor PNP akan aktif. Sehingga basis transistor NPN akan mendapatkan ground. Hal itu mengakibatkan transistor NPN tidak aktif dan relay OFF. Namun jika mikrokontroler memberikan logika 1 pada transistor PNP, maka basis transistor NPN akan terbias menjadi aktif. Sehingga mencatu relay untuk ON, dan akan memberikan catu kepada motor sebesar 12 volt langsung dari accu.

LCD

Gambar 3. Rangkaian LCD

ATMega

ATMega

Rangkaian LCD ini terdiri dari LCD, VR, resistor-resitor untuk rangkaian pull down. VR digunakan untuk mengatur kecerahan LCD, sedangkan rangkaian pull down sendiri digunakan untuk menjaga program tetap berjalan meskipun lcd nya terlepas.

Keypad 3x4

Gambar 3. Rangkaian keypad 3x4

Kolom 1 diaktifkan dengan memberikan logika 0, kemudian aktifkan barisnya. Bila Pin D0 diberi logika 0 maka yang akan tertampil adalah angka 1, jika Pin D1 diberi logika 0 maka yang akan tertampil adalah angka 4, begitu seterusnya. Untuk lebih jelas dapat dilihat dalam program. Dalam penelitian ini, tombol * digunakan sebagai pengganti OK dan tombol # sebagai pengganti BACK dan KURSOR.

Kolimator

Kolimator pada penelitian ini dipasang limit switch sebagai sensor untuk mengetahui sumber telah sampai di kolimator. Kolimator dibuat dari bahan Pb dan dimodifikasi bentuknya dengan memberi ruangan di ujung kolimator untuk memasang sensor berupa limit switch.

Gambar 4. Kolimator

Motor DC Power Window

Motor DC power window dipilih karena memiliki torsi yang besar dan dirasa cukup untuk mendorong dan menarik sumber. Motor DC power window ini memiliki kecepatan 95 rpm.

Transimisi motor-crank

Motor DC power window akan dihubungkan langsung dengan crank tanpa perbandingan gigi. Hal ini supaya torsi pada motor tidak berkurang. Transmisi ini dibuat dengan bahan kuningan.

Gambar 5. Penghubung motor-crank

Perangkat keras

Gambar 6. Rangkaian panel control

Perangkat Lunak

Perancangan perangkat lunak dalam alat ini menggunakan program dalam bahasa C, yang bagi penulis bahasa C adalah bahasa yang mudah dipahami dan paling dikuasai. Sedangkan compiler-nya menggunakan Code Vision AVR. Code Vision AVR merupakan salah satu software compiler yang khusus digunakan untuk mikrokontroler keluarga AVR, seperti ATMega8535 yang digunakan dalam penelitian ini.

Gambar 7. Flowchart program otomasi kendali kamera gamma

START

Inisialisasi keypad,passwor

Masukan password

Apakah password = 202020?

Menu01 (start exp)

Menu02 (set exp

time)

Menu03 (set delay

time)

Menu04 (dose rate)

No

No

Yes

Yes Yes Yes

Start exp Set exp time Set delay time

Menu05 (Ir 192)

Menu06 (Co 60)

Co 60Ir 192

Dari flowchart Gambar 7 dapat terlihat bahwa program otomasi kendali ini terdiri dari beberapa subrutin. Saat awal program, pengguna harus memasukkan password. Hal ini untuk menambah sistem proteksi pada kamera gamma. Jika password yang dimasukkan tidak sesuai, maka program utama tidak akan tampil. Kemudian program utama terdiri dari program menu. Terdapat 4 menu utama, yaitu menu start exposure, set exposure time, set delay time, dan dose rate.

Menu start exposure adalah menu untuk memulai menggerakkan sumber menuju kolimator, kemudian sumber akan berhenti selama exposure time yang telah diatur dan sumber akan kembali ke kamera gamma dan berhenti secara otomatis setelah kunci pengaman berada pada posisi aman.

Menu set exposure time adalah menu untuk menentukan lama waktu penyinaran. Waktu ini akan tersimpan dan akan dipanggil saat sumber sampai di kolimator. Program ini merupakan program timer, tetapi tidak menggunakan fasilitas timer counter yang ada pada mikrokontroler.

Menu set delay time merupakan program yang pada dasarnya sama dengan exposure time. Program ini merupakan timer, tetapi hanya dalam orde detik. Menu ini berfungsi untuk memberikan waktu jeda kepada pengguna untuk membuat jarak sejauh mungkin dari sumber sebelum sumber keluar dari kamera.

Menu dose rate merupakan menu yang digunakan untuk mengukur laju dosis. Dengan adanya menu ini, diharapkan operator dapat menentukan jarak aman dalam bekerja dengan selalu memantau dosis radiasi pada jarak tertentu. Dalam menu ini terdapat menu untuk laju dosis sumber Ir 192 dan Co 60. Pengguna hanya perlu memasukkan input berupa jarak dan aktivitas. Laju dosis yang tertampil merupakan lau dosis setelah melewati kolimator.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kecepatan gerak sumber

Kecepatan gerak sumber bergantung pada motor yang dipakai. Kecepatan gerak kabel crank dapat diamati dari Tabel 2.

Tabel 2. Kecepatan gerak kabel crank

Jarak yang ditempuh kabel (cm) Waktu (detik ) Kecepatan ( cm/s )147 3 49250 5 50242 5 48.4247 5 49.4250 5 50

Kecepatan rata-rata 49.36

Setelah crank terpasang dengan kamera gamma, maka kecepatan sumber jauh menurun dibandingkan kecepatan kabel crank. Hal ini berarti dalam perjalan sumber dari kamera gamma menuju kolimator terdapat hambatan yang besar.

Dari hasil pengukuran, diperoleh arus yang mengalir dari sumber accu menuju motor sebesar 0.968 A. Sehingga dapat diketahui :

P = V x I

P = 12 V x 0.968 A

= 11.616 Watt

Sehingga otomasi ini memiliki daya sebesar 11.616 Watt dengan waktu dalam satu kali proses penyinaran adalah 7 detik dengan menggunakan guide tube sepanjang 50 cm.

Tabel 3. Data percobaan

No PengaturanExp Time

Timer(detik)

Total waktu radiografi

(detik)

Panjang crank(cm)

Kecepatan sumber(m/s)

keterangan

1 00:00:05 5 12 50 0.142 berhasil

2 00:00:05 5 13 50 0.125 berhasil

3 00:00:10 10 17 50 0.142 berhasil

4 00:00:10 10 50 Gagal

5 00:00:15 15 24 50 0.111 berhasil

6 00:00:15 15 23 50 0.125 Gagal

7 00:00:20 20 50 Berhasil

8 00:00:20 20 28 50 0.125 berhasil

9 00:00:25 25 50 Gagal

10 00:00:25 25 31 50 0.166 berhasil

Dari Tabel 3 dapat diambil kecepatan rata-rata sumber adalah 13.3 cm/s. Kecepatan ini sangat kurang untuk proses radiografi menggunakan kamera gamma. Oleh karena itu, motor yang digunakan sebaiknya memiliki torsi dan kecepatan yang lebih besar dari pada motor power window. Dari data juga terlihat adanya kegagalan. Kegagalan ini dalam hal menggerakkan kunci pengaman menuju posisi hijau. Kegagalan ini juga disebabkan motor yang digunakan tidak memiliki torsi dan kecepatan yang cukup besar. Oleh karena itu, otomasi kamera gamma menggunakan motor power window memiliki reability sebesar 70%.

Waktu Penyinaran

penyinaran ini sudah akurat. Hasil pengujian lama sumber di kolimator dengan waktu penyinaran yang diatur terlihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Pengujian waktu penyinaran

Exposure time yang diatur Lama sumber di kolimator5 detik 5 detik20 detik 20 detik50 detik 50 detik

1 menit 30 detik 1 menit 30 detik2 menit 2 menit

Proteksi Radiasi

Batas dosis pekerja radiasi adalah 2.5 mR/jam. Laju dosis berbanding lurus dengan aktivitas sumber dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Panjang kabel crank adalah 7 meter. Dan apabila menggunakan otomasi kamera gamma ini, jarak antara pekerja radiasi dapat diatur sesuai kebutuhan dengan menu delay time. Tidak terpaku pada panjang kabel crank.misalkan operator mengatur waktu tunda 5 detik untuk memperoleh jarak antara operator dan kamera sejauh mungkin untuk meminimalisasi dosis yang diterima. Oleh karena itu dalam program otomasi ini disediakan menu pengaturan waktu tunda atau delay time. Hal ini dengan syarat panjang kabel crank sepanjang 50 cm.

Spesifikasi Alat

Dari pembahasan dapat diambil spesifikasi alat otomasi kendali kamera gamma sebagai berikut :

Supply motor : Accu 12 V 3.5 Ah

Supply panel control : baterai 12 volt.

Motor : motor DC power window.

Kecepatan sumber : 13.3 cm/s.

Jarak kamera sampai panel : 10 m.

Jarak operator-kamera : tergantung delay yang diatur.

Waktu satu kali radiografi : 7 detik (menggunakan guide tube 50 cm)

Perbandingan otomasi dengan manual

Tabel 5. Perbandingan manfaat kamera gamma otomatis dengan manual

No Bidang Otomatis Manual1 Waktu

penyinaranAkurat, sehingga hasil film juga sesuai dengan yang diharapkan.

Kurang akurat

2 Jarak aman Sejauh yang diinginkan. Semakin jauh maka semakin aman. Semakin jauh, kabel yang dibutuhkan semakin panjang.

Sejauh crank ( 7 meter ).

3 Kecepatan gerak sumber

Dengan menggunakan motor DC wiper dan accu 3.5 volt, kecepatan gerak sumber 13.3 cm/s. kecepatan ini jauh lebih kecil dari manual.

Secepat tenaga operator memutar crank.

4 Kunci pengaman

Belum terkunci. Solusi : mengganti motor dengan torsi dan kecepatan yang lebih besar. Mengganti sistem mekanik penghubung motor dengan crank.

Terkunci, bergantung pada tenaga pengguna dalam memutar crank.

PENUTUP

Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dirancang dan dibangun serta diuji coba sistem alat otomasi kendali kamera gamma menggunakan mikrokontroler ATMega 8535. Namun masih belum memiliki kehandalan yang cukup untuk diaplikasikan di lapangan.

2. Otomasi kendali kamera gamma ini memiliki reability sebesar 70%, kecepatan gerak sumber 13.3 cm/s, dan membutuhkan waktu 7 detik dalam satu kali proses radiografi.

3. Pada pengujian kegiatan radiografi menggunakan kamera gamma yang dipasang alat otomasi ini, proses radiografi menggunakan kamera gamma menjadi otomatis dan mudah.

4. Otomasi ini menggunakan motor DC power window, dan menghasilkan kecepatan sumber yag rendah. Kecepatan ini masih belum dapat menggantikan proses yang manual.

5. Otomasi kendali kamera gamma ini dapat meminimalisasi dosis radiasi yang diterima oleh operator.

Saran

Saran yang dapat diberikan untuk penelitian yang lebih lanjut agar dapat memperbaiki kekurangan dalam penelitian ini adalah :

1. Menggunakan motor dengan torsi dan kecepatan yang lebih besar dari penelitian ini, dan membuat sistem mekanik untuk menghubungkan motor dan crank dengan tingkat presisi yang lebih tinggi supaya motor tidak mendapatkan beban yang berlebih. Hal tersebut dapat membuat gerakan sumber menjadi lebih cepat dan mampu menggerakan kunci pengaman pada kamera gamma. Sehingga tingkat keamanannya lebih terjamin.

DAFTAR PUSTAKA1. Anonim, 2007, Operating and Maintenance Manual, QSA Global, USA.2. Anonim, NDT Umum, Pusat Pendidikan dan Pelatihan Badan Tenaga Nuklir Nasional,

Jakarta.3. Bijun, H. and Gottschalk, P.A. dkk, 1996, Safety RePort Series No 13 Radiation

Protection and safety in Industrial Radiography, IAEA, Austria.4. Soedarjo, 2000, Pengukuran Tebal Pipa Terselubung Dengan Teknik Radiografi

Tangensial Menggunakan Sumber Iridium 192, Risalah Pertemuan Ilmiah Penelitian dan Pengembangan Teknologi Isotop dan Radiasi, Pusat Pengembangan Teknologi Keselamatan Nuklir BATAN, Serpong.

5. Garet, W.R. and Spletstoser, H.R., 1980, Radiiography in Modern Industry, Eastman Kodak Company, Newyork.

6. Arya Wardhana, Wisnu, 2006, Teknologi Nuklir, Andi, Yogyakarta.7. Wardhana, Lingga, 2006, Belajar Sendiri Mikrokontroller AVR Seri ATMega8535, Andi,

Yogyakarta.8. Bejo, Agus, 2007, C & AVR, Graha Ilmu, Yogyakarta.9. Soedarjo, 2006, Kajian Aplikasi Radiografi Ir 192 dan Se 75 Untuk Inspeksi Pipa Ketel

Uap Pembangkit Listrik PLTU Batu Bara, Seminar Keselamatan Nuklir.10. http://pksm.mercubuana.ac.id/new/elearning/files_modul/13020-8-886267064764.pdf pada 21

Juni 2011 pukul 09:38