1. 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 Nasioanal
Jl. Babarsari Kotak Pos 6101/YKBB Yogyakarta
Telp : (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 I
2
Peneliti II
3
Mahasiswa Teknofisika STTN-BATAN Yogyakarta
2. PENDAHULUAN
Sekarang 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
ATMEGA
8535
Keypad
Limit switch 1
Limit switch 2
Motor berhenti
Buzzer dan led
Relay 2 / motor mundur
Relay 1 / motor maju
timer
3. Ketika motor bergerak maju, maka crank yang terhubung langsung dengan motor akan
mendorong sumber keluar kamera dan bergerak maju menuju kolimator. Di dalam kolimator
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 KETERANGAN
Port B0 1
LCD
Port B1 2
Port B2 3
Port B4 5
Port B5 6
Port B6 7
Port B7 8
Port C0 22 Rangkaian Relay
Port C1 23
Port C2 24 Limit switch 1
Port C3 25 Limit switch 2
Port C4 26 Buzzer
Port C5 25 Led
Port D0 14
Keypad 3x4
Port D1 15
Port D2 16
Port D3 17
Port D4 18
Port D5 19
Port D6 20
4. 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
5. 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.
6. 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.
7. Gambar 7. Flowchart program otomasi kendali kamera gamma
START
Inisialisasi
keypad,password
.
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
8. 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 49
250 5 50
242 5 48.4
247 5 49.4
250 5 50
Kecepatan rata-rata 49.36
9. 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 Pengaturan
Exp 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%.
10. 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 kolimator
5 detik 5 detik
20 detik 20 detik
50 detik 50 detik
1 menit 30 detik 1 menit 30 detik
2 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)
11. Perbandingan otomasi dengan manual
Tabel 5. Perbandingan manfaat kamera gamma otomatis dengan manual
No Bidang Otomatis Manual
1 Waktu
penyinaran
Akurat, 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.
12. 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 PUSTAKA
1. 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
