Bab Ii PDF [PDF]

Citation preview

BAB II TEORI DASAR 2.1



Pesawat Rontgen Konvensional



2.1.1 Wiring diagram pesawat rontgen konvensional



Gambar 2.1 Wiring Diagram Pesawat Rontgen Konvensional



Keterangan gambar :



1. Sumber tegangan AC 220 V 2. Fuse 3. Main switch 4. R line 5. Autotrafo 6. Voltage compensator 7. Voltage indicator 8. Voltage regulator 9. kV selector mayor 10. kV selector minor 11. Timer 12. Exposure switch 13. kV meter



14. High tension transformator 15. mA meter 16. Penyearah gelombang penuh 17. Tabung Sinar-X 18. Filamen (Katoda) 19. Target (Anoda) 20. Voltage stabilisator 21. Space charge compensator 22. mA selector 23. Standby resistant 24. Filament limiter 25. Transformator filament



4



2.1.2 Cara kerja rangkaian pesawat rontgen konvensional Tegangan PLN AC 220 V 50 Hz masuk melewati fuse. Fuse berfungsi sebagai pengaman dari kelebihan beban atau bila terjadi hubung singkat. Saat main switch on, tegangan PLN masuk ke pesawat rontgen melalui rangkaian Power Supply. Setelah autotransformator mendapatkan tegangan maka voltage indicator akan bekerja dan menunjuk pada suatu nilai tertentu. Untuk menunjukkan apakah tegangan yang masuk ke rangkaian power supply sudah sesuai. Bila sudah sesuai, voltage indicator akan menunjuk pada titik hitam,yang menandakan tegangan yang masuk sudah sesuai. Apabila tegangan yang masuk belum sesuai, maka pengaturan pada voltage compensator diperlukan. Apabila tegangan yang masuk berlebihan maka gulungan primer pada autotrafo diperbanyak dan apabila tegangan yang masuk kurang dari nilai yang semestinya maka gulungan primer autotrafo dikurangi. Hasil akhir dari pengaturan Voltage Compensator akan didapat perbandingan transformasi:



N1 : E1 = N2 : E2



(2.1)



Sehingga nilai tegangan sekunder pada tiap lilitan diketahui dengan jelas nominalnya. Dengan demikian, pendistribusian tegangan ke rangkaian lain pada pesawat dapat dilakukan dengan mudah. Pengaturan nilai KV dilakukan dengan memutar KV selector sesuai dengan nilai KV yang diinginkan. Pada sekunder auto trafo terdapat taptap yang memiliki jangkauan tegangan yang dibutuhkan. Besarnya nilai tegangan pada setiap lilitan didapatkan dari perbandingan transformasi yang telah dijelaskan diatas. Teganan ini yang akan menjadi tegangan primer pada HTT. Nilai mA dipilih dengan memilih serangkaian tahanan pada mA control. mA control ini dihubung seri dengan trafo filamen sehingga besarnya arus pemanasan dapat diatur. Tahanan mA control mengakibatkan terjadinya Voltage Drop sehingga tegangan primer trafo Filament akan lebih rendah dan sekundernya akan turun. Dengan merubah-rubah atau mengatur tahanan atur maka besarnya arus yang akan mengalir akan berubah. Tahanan ini mempunyai tap-tap harga mA tertentu. Lalu arus akan diteruskan menuju stand by resistor, yang berfungsi sebagai pembatas arus filament sebelum terjadi ekspos, agar pada filament terjadi pemanasan awal dengan temperature 5



rendah, kemudian Filament Limiter akan membatasi arus yang mengalir ke filament. READY Pada saat tombol ditekan ½, maka yang terjadi adalah pemanasan filamen berpindah dari pre heating ke pemanasan setting, motor anoda putar berputar dan rem magnet listrik bekerja. Pada filament tabung rontgen akan terjadi peningkatan panas sesuai dengan besar mA yang di atur sehingga akan menghasilkan elektron bebas dan akan membentuk awan elektron. EXSPOSE Timer bekerja menghubungkan antara rangkaian Power Supply dan primer HTT. HTT mendapatkan tegangan, sehingga terjadi tegangan tinggi pada sekundernya. maka Anoda dan Katoda akan mendapatkan beda potensial. Kemudian elektron akan ditarik target, pada target ini terdapat partikel-partikel atom. Partikel-partikel tersebut akan ditabrak oleh elektron yang bergerak cepat sehingga akan terjadi kekurangan elektron yang akan meninggalkan hole. Holehole tersebut akan diisi oleh elektron dibelakangnya sehingga seperti lari estapet. Apabila elektron menumbuk target sampai ke inti atom maka akan terjadi Breamstahlung. Bila interaksi elektron terhadap partikel target hanya sampai di kulit K, maka akan terjadi peristiwa K-characteristic. Dan menghasilkan sinar-X.



Gambar 2.2 Breamstrahlung



2.2



Sifat-Sifat Sinar-X Pesawat radiologi adalah alat medik yang bekerja dengan menggunakan



radiasi pengion baik itu sinar nuklir, sinar gamma, sinar-X dan lain-lain. Pesawat rontgen bekerja untuk menghasilkan radiasi sinar-X baik untuk keperluan 6



fluoroskopi, radiografi, dan angiografi. Sinar-X dapat digunakan untuk terapi maupun diagnostik karena sinar-X mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: a. Penetrating Effect Bila sinar-X mengenai bahan maka sinar tersebut akan diserap oleh bahan tersebut. Banyak sinar yang terserap tergantung dari tebal tipisnya bahan dan kerapatannya. b. Biologi Effect Bila sinar-X mengenai tubuh maka akan merusak, mematikan sel-sel yang hidup dengan dosis radiasi tertentu. Akibat radiasi tersebut maka akan menyebabkan kemandulan/metabolism tidak linear. c. Ionisation Effect Bila sinar-X dikenakan pada bahan,maka pada bahan tersebut akan terjadi ionisasi yaitu peristiwa di mana ion-ion negatif akan terlepas dari ikatan atomnya. d. Flourocent Effect Bila sinar-X mengenai layer yang dilapisi dengan bahan flourocent misalnya : NHI maka pada layer tersebut akan terjadi kilatan cahaya/cahaya tampak. e. Fotografi Effect Bila sinar-X mengenai film, maka pada film akan terjadi bayangan laten, bila kemudian film tersebut diproses di kamar gelap maka akan terjadi bayangan bisa dilihat.



2.3



Radiografi Radiografi konvensional adalah proses pemproduksian gambar sinar-X



pada film dengan teknik langsung. Teknik radiografi konvensional ini merupakan aplikasi sinar-X yang paling pertama kali dilakukan sejak sinar-X ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen dan merupakan teknik pencitraan medis yang paling sering digunakan dalam beberapa keperluan diagnosa dan dokumentasi. Diagnosa 7



yang biasa menggunakan teknik radiografi konvensional adalah pemeriksaan thorax dan ortopediks untuk pemeriksaan tulang atau persendian yang mengalami fraktur ataupun arthrosis.



Pada pemeriksaan radiografi konvensional, pasien diposisikan diantar tabung sinar-X dengan detektor gambar. Selama proses ekspose, pasien diminta untuk tidak bergerak, karena jika pasien bergerak maka kualitas dari hasil akhir gambar yang digunakan akan menjadi buruk dan gambar rontgennya akan menjadi tampak kabur.



Gambar 2.3 Pemeriksaan Radiografi Konvensional.



Setelah pasien diposisikan dengan benar, maka ekspose dapat dilakukan. Sinar-X yang terbentuk dari tabung rontgen akan mengenai tubuh pasien dan menembus tubuh pasien. Setelah itu, sinar-X yang telah menembus pasien akan mengenai film radiografi, serta menghitamkannya berdasarkan intensitas sinar-X yang tersisa. Jaringan-jaringan lunak seperti lemak, otot, dan kulit hanya menyerap sedikit radiasi. Sedangkan jaringan keras seperti tulang akan menyerap sinar-X dalam jumlah yang lebih tinggi dibandingkan dengan jairngan lunak, sehingga menghasilkan sebuah gambar hitam putih pada film radiografi. Semakin sedikit penyerapan sinar-X akan memberikan efek penghitaman pada film yang semakin tinggi, sedangkan semakin banyak penyerapan sinar-X akan memberikan efek penghitaman pada film yang semakin rendah.



8



Gambar 2.4 Hasil radiografi pada bagian yang berbeda



Pemeriksaan radiografi konvensional ini juga dilakukan dalam periode waktu yang sangat singkat (dalam ordo ms), tapi dengan menggunakan beban tabung rontgen yang besar. Berdasarkan pada perbedaan-perbedaan yang kecil dari daya serap sinarX, pembuluh darah, kapiler atau organ yang berisi udara seringkali terlihat seperti garis yang samar-samar pada gambar sinar-X. Dalam keperluan untuk memvisualisasikan bentuk dan jalur dari pembuluh darah pada gambar radiografi, medium kontras biasa digunakan yang seperti tulang-tulang menyerap sinar-X.



Gambar 2.5 Hasil Radiografi dengan Bahan Kontras.



Karena sinar-X bergerak pada garis lurus, maka gambar yang akan tertangkap di belakang tubuh pasien akan selalu ditampilkan pada bentuk yang diperbesar. Derajat pembesaran gambar tergantung pada jarak antara sumber radiasi dengan tubuh pasien, di lain pihak, dapat dipengaruhi juga dari jarak antara tubuh pasien dengan film radiografi.



9



Ada beberapa macam pengaturan yang harus diatur sedemikian rupa agar dapat menghasilkan hasil gambar radiografi yang berkualitas tinggi, yaitu : tegangan tinggi tabung (KV), arus tabung (mA), dan waktu periode ekspose berlangsung (ms). Adapun pengaturan besaran-besaran ini berbeda-beda berdasarkan jenis jaringan yang akan diekspose, umur dari pasien, dan ketebalan tubuh pasien (gemuk atau kurus). Pada setiap pesawat rontgen radiografi konvensional mempunyai teknik pengaturan yang berbeda-beda pula. Teknik-teknik pengaturan parameter radiografi adalah : a. Teknik pengaturan 3 poin Ketiga parameter ekspose (kV, mA, dan ms) diatur secara manual oleh operator/radiografer. kombinasi



dari



Tapi



generator



pengaturan



dapat



parameter



memblok yang



beberapa



diatur



oleh



operator/radiografer untuk mencegah beban yang terlalu tinggi dari tabung rontgen. Proses ekspose akan terhenti secara otomatis ketika mencapai mAs yang telah dihitung dari pengaturan parameter tadi. b. Teknik pengaturan 2 poin Parameter yang perlu diatur oleh operator/radiografer hanyalah kV dan mAs, sementara itu generator akan menghitung secara otomatis kombinasi mA/ms sesuai dengan kemampuan tabung rontgen. Proses ekspose akan terhenti secara otomatis pada saat mAs yang telah diatur tercapai. c. Teknik pengaturan 1 poin Parameter yang perlu diatur hanyalah kV. Panas berlebih (Overheating) pada tabung dicegah dengan mengurangi arus tabung secara kontinu selama proses ekspose dilakukan (falling load). Proses ekspose akan terhenti secara otomatis oleh Iontomat ketika dosis yang telah diatur tercapai.



10



d. Teknik pengaturan 0 poin Pada teknik pengaturan ini, tidak parameter yang perlu diatur oleh operator/radiografer. Seluruh parameter akan dihitung secara otomatis, dimana kV akan dihitung oleh detektor pengukur ketebalan pasien dan mAs akan diatur oleh Iontomat. Proses ekspose akan terhenti secara otomatis oleh Iontomat pada saat dosis yang diperlukan telah tercapai. Teknik ini hanya dapat di pakai di peralatan yang bisa berfungsi sebagai fluoroskopi sistem. Semua parameter ekspose ini dapat diatur secara manual ataupun otomatis.



2.4



Faktor Eksposi Hal-hal yang mempengaruhi faktor eksposi pada proses radiografi : 1. Kilo Voltage 2. Mili Ampere 3. Waktu penyinaran 4. Ketebalan objek 5. Jarak pemotretan 6. Jenis focus 7. Pengaruh Film dan Apparatus



Untuk mendapatkan sebuah gambar radiografi yang baik, haruslah memiliki densitas yang optimum, untuk mencapai hal ini sangat diperlukan bagi seorang radiographer untuk mengatur tegangan tabung dengan nilai tertentu (kV) dan arus tabung dengan nilai yang tertentu pula (mA) dari tabung Sinar-X selama beberapa waktu (s). Radiasi yang dihasilkan akan menembus objek dan bereaksi pada emulsi film fotografi. Nilai dari arus tabung dan waktu penyinaran radiasi dinyatakan dalam milliampere-seconds, atau yang sering disingkat dengan mAs merupakan suatu parameter yang sangat penting. Nilai ini dan tegangan tabung (biasa dinyatakan dengan kV) membentuk suatu faktor elektrik yang sangat menentukan proses eksposure dari foto radiografi.



11



Kuantitas/jumlah radiasi yang diberikan sangat mempengaruhi film untuk mendapatkan gambar radiografi dengan densitas yang baik. Jelasnya, kuantitas dari radiasi seharusnya hampir selalu sama, terlepas dari objek yang diperiksa, hal diwakili oleh radiasi primer yang keluar melalui objek. Radiasi yang keluar ini terdiri dari apa yang tersisa pada radiasi input primer, lalu semakin kuat dengan radiasi sekunder yang terbentuk pada objek. Untuk mendapatkan kuantitas yang pasti dari radiasi yang keluar dari objek, kuantitas yang jauh lebih besar akan banyak terserap pada objek yang lebih tebal dibandingkan pada objek yang tipis. Dari objek ke objek, kuantitas dari energi sinar-X yang meninggalkan tabung, akan berbeda untuk menghasilkan gambar radiografi yang baik. Kuantitas ini dapat dinyatakan dengan tegangan tinggi, arus, dan waktu ekpos; sebuah kombinasi yang tepat dari besar-besaran ini dinamakan dengan parameter ekspos. Setiap objek membutuhkan parameter ekspos tertentu, tetapi pada beberapa kasus, parameter ini dapat ditetapkan dan dibuat standarisasinya. Sama seperti jumlah radiasi yang keluar dari tabung dipengaruhi oleh miliampere dan waktu, daya tembus dari sebuah radiasi yang keluar dari tabungpun dipengaruhi oleh kilovolt dari tabung itu sendiri.



2.4.1 Hubungan kV dengan mAs Sungguh penting untuk mengetahui bahwa nilai eksposure sangat dipengaruhi oleh perubahan dari kilovolt. Harus dicatat bahwa dari sudut pandang fotografi, puncak tegangan tertentu memiliki peranan penting. Pada sebuah percobaan didapat bahwa terjadi over-exposure jika tegangan tinggi dinaikkan, walaupun kita menunrunkan nilai mAs pada jumlah nilai yang sama, misal 10%. Perubahan nilai kilovolt mempunyai efek produksi radiasi yang jauh lebih besar dibandingkan dengan perubahan mAs. Dari hubungan yang tidak linier ini diketahui bahwa ada suatu aturan pengkonversian nilai parameter ekspos. Hitungan yang paling sederhana, walaupun kurang akurat, pada setiap peningkatan kilovolt sebesar 10 kV maka produksi mAs harus berkurang sebesar 50%. Perhitungan ini tidak dapat diaplikasikan pada seluruh range tegangan diagnostik, tetapi dapat diaplikasikan secara kasar pada kisaran 60 – 80 kV. Adapun untuk perubahan nilai eksposure yang dapat diaplikasikan untuk



12



semua kisaran tegangan tabung, maka nilai eksposure (E) dipengaruhi oleh 2 faktor, yaitu : daya (P) dan nilai mAs, yang harus sesuai dengan rumus : E = kVP X mAs



(2.2)



dimana P = 5 untuk tegangan di bawah 100 kV, p = 3 untuk kisaran tegangan 100 – 125 kV, dan p = 3 untuk tegangan di atas 125 kV.



Nilai eksposuere ini harus selalu konstant pada seluruh kondisi eksposure apapun, hasil tegangan dan mAs harus benar-benar dipilih dengan baik agar perbandingan kedua nilai ini dapat menghasilkan sebuah nilai ekspos yang konstan sesuai dengan rumus di atas tadi.



2.4.2 Pengaruh film dan apparatus Pengaruh apparatus dan film dalam nilai eksposur atau nilai mAs pada tabel dan diagram ukuran eksposur tidak bisa sama dan tidak dapat digunakan pada macam-macam apparatus dan macam-macam tipe film. a. Tipe Film Sangat jelas sekali jika sensitifitas dari film memiliki pengaruh dalam nilai mAs. Pada hubungannya ketebalan dari lapisan emulsi sangat penting untuk diperhitungkan, seperti perhitungan apakah film tersebut memiliki lapisan pada kedua sisi. Ketika menggunakan screen film kombinasi harus dipastikan film dan screen adalah satu unit. Contohnya, sensitifitas film yang sama akan berbeda bergantung pada cahaya flourosensi yang dihasilkan oleh screen yang berbeda-beda, jadi setiap screen yang berbeda memiliki hasil yang berbeda. b. Materi Anoda Kuantitas dan kualitas dari emisi radiasi bergantung pada materi focal spot anoda. Karena tungsten yang digunakan sebagai focal spot pada setiap tabung diagnosis (tabung sinar-X) data eksposur diagnostic akan selalu berdasarkan pada materi tungsten tersebut. c. Bentuk Gelombang Kilovolt Pada kasus supply yang konstan, tegangan efektif (kVeff) sama dengan 13



(kVp) dengan menggunakan supply tiga phase (6-valve unit) kVeff = 0.95kVp, sedangkan jika menggunakan supply setengah gelombang atau 4-valve unit kVeff = 0.7kVp . Jadi artinya jumlah rata-rata dari radiasi bergantung pada nilai paling kecil saat menggunakan setengah gelombang atau 4-valve unit. Jika seseorang ingin menggunakan 4-valve unit dengan data eksposur yang sesuai dengan sebuah unit 3 phase, maka nilai tegangan yang digunakan harus 10% lebih besar dan nilai mAs harus 20% lebih besar. Contoh jika pada unit 3 phase menggunakan 80kV dan 60mAs maka, pada 4-valve unit nilainya berubah menjadi 88kV dan 72mAs. Perubahan ini diperlukan karena pada 4-valve unit menggunakan tegangan yang rata-ratanya kecil. d. Nilai Filter Radiasi Nilai total radiasi difilter sebelum sampai ke pasien, hal ini dipengaruhi oleh benda-benda yang berada diantara fokus dan pasien. Filter ini dapat dibagi dalam : 1) Filter inheren yang berasal dari tabung (~1.5mm Al) 2) Filer tambahan (~1.0-2.0 mm Al) 3) Jumlah dari nilai filter dan benda lain yang memfilter radiasi e. Efek Space Charge (“Durchgriff”)



2.5



Computed Radiograph Computed Radiograph atau (CR) yaitu sebuah sistem yang digunakan



untuk mendapatkan gambar pada proses radiografi yang terdiri dari : 1) Kaset (Photostimulable Storage Phospor), yang digunakan untuk menghasilkan proyeksi gambar (bayangan laten) yang berupa sinyalsinyal elektron.



14



a.



Gambar plat phospor



b.



Gambar holder kaset



Gambar 2.6 Kaset CR (Imaging Plate)



Tabel 2.1 Nilai Perubahan Nilai KV Terhadap Ketebalan Dari Objek Untuk Pemeriksaan Thorax AP Dewasa dengan menggunakan CR.



Ketebalan Thorax



Nilai kV



Nilai mAs



15



68



4



16



69



4



17



70



4



18



71



4



19



72



4



20



73



5



21



74



5



22



75



5



23



76



5



24



77



5



25



78



5



26



79



5



27



80



5



(cm)



15



28



81



5



29



82



5



30



83



6



31



84



6



32



85



6



33



86



6



34



87



6



35



88



6



36



89



7



37



90



7



38



91



7



39



92



7



40



93



7



Source : BiMC (Bidakara Medical Center) 2009 Pesawat Shimadzu Ezy Rad, output 16kW, 60kHz frequency, 20kVA, 200mA, input 100 V atau 200V Untuk umur pesawat 1-3 tahun



2) Reader (CR Reader), yang digunakan untuk membaca sinyal-sinyal elektron yang dihasilkan kaset untuk dijadikan sinyal-sinyal gambar untuk diolah pada CPU.



16



Panel informasi



Kaset tray



Gambar 2.7 Reader CR



3) CPU (Digital Electronics), yang digunakan untuk memproses sinyalsinyal yang dihasilkan reader menjadi bentuk digital.



Data pasien



Gambar 2.8 CPU CR dan Bar Code Reader



4) Printer, printer dihubungkan pada CPU. Sinyal digital yang sampai pada CPU disampaikan ke printer lalu printer memprint film.



17



Gambar 2.9 Printer CR (merupakan laser printer)



2.6



Prinsip Dasar Rangkaian Pengukur Jarak Sebuah rangkaian pengukur jarak yang memanfaatkan gelombang



ultrasonik secara umum mempunyai diagram blok seperti disajikan pada gambar 2.3. Jarak yang dihasilkan adalah berdasarkan pengiriman pulsa-pulsa gelombang ultrasonik, yaitu mengukur atau menghitung waktu tempuh yang diperlukan antara pengiriman pulsa dengan penerimaan pulsa gelombang ultrasonik pantulan yang kemudian di konversi menjadi jarak. Transduser pemancar



Objek



Transmitter pulsa Transduser penerima Rangkaian kontrol



Recivier Waktu Pantulan = T



Rangkaian counter



Jarak = L



pulsa



Oscilator frekuensi



sc



T 2



c = cepat rambat gelombang



Gambar 2.10 Diagram blok sebuah rangkaian pengukur jarak



18



Dari diagram blok diatas dapat dideskripsikan prinsip kerja rangkaian sebagai berikut, bahwa pada rangkaian kontrol memberikan pulsa basis waktu pada rangkaian pemancar (transmitter). Pulsa–pulsa pemancar dikirimkan melalui transduser pemancar menuju objek. Pulsa-pulsa tersebut akan dipantukan oleh objek dan diterima oleh transduser penerima (recivier). Selain itu, bersamaan tingginya pulsa pada basis waktu, rangkaian pencacah (counter) mulai menghitung pulsa–pulsa referensi dari rangkaian oscilator referensi dan berhenti menghitung saat adanya pulsa yang diterima (pulsa pantulan) oleh transduser penerima. Pulsa- pulsa referensi yang terhitung akan ditampilkan pada display dalam digit-digit dan hasil ini adalah konversi dari waktu tempuh menjadi jarak yang terukur oleh gelombang ultrasonik yang dipantulkan.



2.7



Gelombang ultrasonik1



2.7.1 Ultrasonik sebagai penghasil gelombang Gelombang ultrasonik merupakan gelombang suara yang mempunyai frekuensi 20.000 Hertz dan merupakan gelombang longitudinal. Gelombang suara dapat timbul akibat terjadinya perubahan mekanik pada gas, zat cair, atau zat padat yang merambat ke depan dengan kecepatan tertentu. Seperti semua gelombang, ultrasonik pun mempunyai beberapa parameter berikut : frekuensi, periode, panjang gelombang, cepat rambat, amplitudo dan intensitas. Frekuensi, periode, amplitudo dan intensitas merupakan parameter yang berhubungan dengan sumber gelombang. Sedangkan cepat rambat gelombang berhubungan dengan zat antara (medium) yang dilaluinya dan panjang gelombang merupakan yang berhubungan dengan sumber gelombang dan medium yang dilaluinya. Frekuensinya dapat didefinisikan sebagai jumlah siklus gelombang penuh yang terjadi dalam satu detik. Satu siklus gelombang penuh adalah satu gelombang menuju tinggi dan satu gelombang menuju rendah. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.4 berikut :



1



David halliday, Robert desnik. FISIKA.jilid ketiga. Penerbit erlangga.1978



19



Satu siklus gelombang penuh



Satu siklus gelombang penuh



Tinggi



Tinggi Waktu



Rendah



Waktu Rendah



(a)



(b)



Gambar 2.11 Satu siklus gelombang penuh a) Dalam bentuk sinusoida ; b) Dalam bentuk persegi



Satuan frekuensi adalah hertz. Satu hertz berarti dalam satu detik terdapat satu siklus gelombang penuh yang terjadi. Periode adalah waktu yang diperlukan oleh satu siklus gelombang penuh tersebut, satuan periode adalah detik. Hubungan antara frekuensi dan periode dapat dituliskan sebagai berikut :



Periode(T ) 



f 



1 1  frekuensi ( f ) f



(2.3)



1 T



(2.4)



Panjang gelombang adalah jarak (panjang spasi) pada satu siklus gelombang penuh. Satuan yang digunakan adalah meter (m) atau centimeter (cm). Cepat rambat gelombang adalah kecepatan perambatan gelombang pada suatu medium. Antara panjang gelombang (λ) dan cepat rambat (c) didapat hubungan bahwa panjang gelombang adalah cepat rambat dibagi dengan frekuensi (f). c f



(2.5)



  c T



(2.6)







dimana : C = 344 m/second



20



(a)



satu



Tinggi



Waktu Periode 0,2 second (b)



Tinggi



Waktu Panjang gelombang 2 meter



(c)



Tinggi



Waktu



Gambar 2.12 Parameter Gelombang (a) Frekuensi = 5 Hertz; (b) Periode = 0,2 detik; (c) Panjang Gelombang (misal) = 2 meter



Gelombang ultrasonik yang melewati berbagai medium zat mempunyai kecepatan yang berbeda, seperti diperlihatkan pada tabel 2.3 di bawah ini. Tabel 2.3 Cepat rambat gelombang suara dalam berbagai Zat2 Material (Zat)



Masa Jenis



Kecepatan / rambat rambat(c)



Z (ρ.c)



m/second



Kg/m2



3



Pada 20oC



(ρ) Kg/m



second



2



Udara



1,29



331



340



CO2 (0o C)



1,98



258



-



H2 (0o C)



8,99.10-2



1.270



-



Alkohol



791



1.210



-



Benzine



810



1.166



-



Air



1.000



1.480



-



Aluminium



2.700



5.100



-



Tembaga



8.200



3.560



-



dr.J.F. Gabrid. Fisika kedokteran. Departemen fisika UUD. Bali. 1995. hal 66



21



Glas



2.500



5.600



-



Besi



7.900



5.130



-



Darah (37o C)



1.056



1.570



-



Otak



1.020



1.530



1,56. 106



Otot



1.040



1.580



1,64. 106



Lemak



920



1.450



1,33. 106



Tulang



1.900



4.040



7,68.106



2.7.2 Sifat-sifat gelombang ultrasonik3 Sama seperti gelombnag suara lainnya, gelombang ultrasonik mempunyai sifat dipantulkann, diteruskan ataupun diserap oleh benda yang dikenainya. Bila mengenai permukaan benda yang keras, gelombang ultrasonik akan dipantulkan. Bila permukaanya lunak maka gelombang ultrasonik akan diserap (lihat gambar 2.7). Suara memerlukan zat antara (medium) untuk merambat. Zat tersebut dapat berupa zat padat, zat cair maupun gas. Suara juga mempunyai kecepatan yang berbeda dalam perambatan tersebut.



Medium I Ao



Medium II T



Keterangan Ao : gelombang US mula-mula



R



R



: gelombnag US yang dipantulkan



Gambar 2.13 Sifat Gelombang Suara



Dalam Karya Tulis Ilmiah ini penulis memanfaatkan sifat gelombang ultrasonik yang dapat memantul apabila mengenai sebuah benda seperti diperlihatkan pada gambar 3



dr.J.F. Gabrid. Fisika kedokteran. Departemen fisika UUD. Bali. 1995. hal 70



22



2.6. Jarak yang didapat adalah konversi dari waktu tempuh yang diperlukan oleh gelombang ultrasonik antara pemancar (Transmitter) dan penerima (recivier). Jadi waktu tersebut dihitung dan ditampilkan dalam besaran jarak. Rumus matematis yang digunakan untuk menghitung jarak tersebut adalah :



S c



T 2



(2.7)



S adalah jarak dalam centimeter (cm), c cepat rambat gelombang suara dalam udara (m/second) dan T adalah waktu tempuh gelombang suara dalam detik (Second). Pembagi dua digunakan karena bila kita meletakkan pemancar dan penerima pada satu tempat yang sejajar, maka jarak adalah waktu yang ditempuh dibagi dua. Hal ini karena waktu pengiriman dan waktu pantulan adalah sama.



Medium I Transmitter



Medium II



t1 Ao



T  (t1  t 2)



R Recivier



t2



Keterangan :



S



S  c.



T 2



T



: Waktu tempuh



L



: Jarak tempuh



(t1  t 2)



Gambar 2.14 Konversi waktu menjadi jarak



2.8



Sensor Ping 4 Sensor ping merupakan sensor pengukur jarak sebuah benda yang cukup



presisi. Pengukurannya dilakukan dengan pengiriman gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40KHz dan kecepatan 334 m/s kemudian sensor ping akan menerima pantulan kembali. Kemampuan pengukuran jarak pada sensor ping adalah 3cm - 300 cm dengan waktu maksimum 18,5 ms.



4



www.google.com/ Apilikasi Note AN73. hal 1-6



23



PING



)))



========================



|BENDA|



t sesuai rumus fisika



S  Vxt



(2.17)



namun waktu yang dihitung adalah waktu saat gelombang ultrasonik memancarkan pulsa dan menerima pulsa sehingga jarak yang ditempuh adalah dua kali. sehingga untuk menghitung jarak adalah :



S  Vx(0,5T )



(2.18) .



Gambar 2.15 Sensor Ping



Pada sensor ping hanya memiliki tiga buah kaki, yaitu Groud, VCC, dan SIGNAL. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.10. SIGNAL ini berfungsi sebagai pengatur serta penerima sensor yang akan ditangkap oleh PIR. Mengirim sinyal kasih tegangan kotak. 0 1 0 menerima sinyal pantul maka ping akan jadi 0 .



Gambar 2.16 Diagram waktu sensor ping



Dari grafik diatas kita dapat meliht prinsip kerja dari sensor ping. Host (avr) merupakan sinyal bergaris lebih tebal,



24



algoritmanya aktifkan PING || Delay t brust (PING siap-siap send signal) || aktifkan timer pada host. SIGNAL akan high || tunggu sinyal pantul. || matikan timer, pantulan diterima SIGNAL = 0



2.8.1 Pengoperasian sensor ping Sensor ping mendeteksi jarak objek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik (40 KHz) selama 200µs kemudian mendeteksi pantulannya. Sensor ping



memancarkan



gelombang



ultrasonik



sesuai



dengan



kontrol



dari



mikrokontroller pengendali. Gelombang ultrasonik ini melalui udara dengan kecepatan 344 m/s. Mengenai objek dan memantul kembali ke sensor. Sensor ping mengeluarkan pulsa output high pada pin SIG setelah memancarkan gelombang ultrasonik dan setelah gelombang pantulan terdeteksi sensor ping akan membuat output low pada pin SIG. Lebar pulsa high akan sesuai dengan lama waktu tempuh gelombang ultrasonik untuk 2x ukur dengan objek. Maka jarak yang diukur adalah : S



344m / s  T 2



S



344m / s  Tres  Counter 2



(2.19)



S  172m / s  Tres  Counter



25



Gambar 2.17 Ilustrasi Kerja Sensor Ping5



Sensor ping ini hanya membutuhkan satu pin port mikrokontroller dan tidak memerlukan komponen tambahan. Karena satu pin digunakan sebagai input dan output, maka harus menentukan saat yang tepat untuk mengatur port mikrokontroller sebagai input (high) setelah mengeluarkan pulsa trigger ke ping. Bila terlalu cepat atau terlalu lambat mengatur port sebagai input maka akan menyebabkan kesalahan pengukuran jarak.



2.8.2 Sepesifikasi sensor ping) Spesifikasi modul ping, Gambar 2.17



5



1.



Tegangan suplai



: 5 vdc



2.



Konsumsi arus



: 30mA typ 35 mA max



3.



Jarak



: 2 cm sampai 3 m (0.8 in to 3.3 yrds)



4.



Input trigger



: Positif TTL pulse, 2 μs min, 5 μs typ



5.



Echo pulse



: Positif TTL pulse, 115 μs to 18.5 mS



6.



Echo Hold-off



: 750 μs from fall of trigger pulse



7.



Burst Frequency



: 40 kHz for 200 μs



8.



Burst Indikator LED shows sensor activity



9.



Delay before next measurement -200 μs



www.google.com / Aplikation Note AN-07. hal 2



26



10.



Ukuran



: 22 mm H x 46 mm W x 16 mm D (0.84 in x 1.8 in x 0.6 in )



Gambar 2.18 Sepesifikasi sensor ping



2.9



Mikrokontroller ATMega85356 Mikrokontroller,secara harfiah berarti pengendali berukuran mikro.



Sekilas



mikrokontroller



hampir



sama



dengan



mikroprosesor,



namun



mikrocontroller memiliki banyak komponen yang terintregrasi didalamnya, misalnya timer/counter atau ADC, sedangkan pada mikroprosesor komponen tersebut tidak terintregrasi dan pada umumnya mikrokontroller banyak kita jumpai pada komputer dimana tugasnya adalah memproses data dari berbagai sumber. Mikrokontroller lebih sesuai untuk mngerjakan tugas-tugas yang spesifik. Banyak produsen yang mengembangkan mikrokontroller diantaranya adalah ATMEL dengan mikrokontroller generasi AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor).



6



Lingga wardana. Mikrokontroler AVR seri ATMega8535.penerbit Andi Yogyakarta.2006.hal 2



27



Gambar 2.19 Blok diagram fungsional ATMega8535



2.9.1 Fitur ATMega8535 Kapabilitas detail dari ATMega8535 adalah sebagai berikut : 1.



Sistem mikrokontroller 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 Mhz.



2.



Kapabilitas memori flash 8kb, SRAM sebesar 512 byte dan EEPROM (Elektrical Eraseble Programmble Read Only memory) sebesar 512 byte.



3.



ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.



4.



portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.



5.



Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.



28



2.9.2 Konfigurasi pin ATMega8535 Adapun konfigurasi pin mikrokontroller ATMega8535 dapat dilihat pada gambar 2.14 dibawah ini :



Gambar 2.20 Gambar konfigurasi pin ATMega8535



Konfigurasi pin ATMega8535 dari gambar diatas dapat dijelaskan secara fungsional sebagai berikut : 1. Pin 1-8 merupakan pin I/O port B (PB0..PB7) dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu timer/counter, komparator analog, dan SPI. 2. Pin 9 RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroller. 3. Pin 10 merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan VCC. 4. Pin 11 merupakan pin ground. 5. Pin 12 dan 13 XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal. 6. Pin 14-21 merupakan pin I/O port D (PD0..PD7) dua arah dan pin fungsi khusus yaitu comparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial. 7. Pin 22-29 merupakan pin I/O port C (PC0..PC7) dua arah dan pin fungsi khusus yaitu TWI, comparator analog, dan timer oscilator. 8. Pin 30 AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC. 9. Pin 31 merupakan pin ground. 10. Pin 32 AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC. 29



11. Pin 33-40 merupakan pin I/O port A (PA0..PA7) dua arah dan pin masukan ADC.



2.9.3 Peta memori ATMega8535 AVR ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah.Memori data terbagi menjadi 3 bagian yaitu 32 register umum, 64 buah register I/O dan 512. Memori data terbagi menjadi 3 bagian yaitu 32 register umum, 64 buah register I/O dan 512 byte SRAM internal. Register keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah yatiu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya yaitu mulai dari $20 sampai $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler seperti kontrol register, timer/counter, fungsi – fungsi I/O dan sebagainya. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F. Konfigurasi memori data ditunjukkan pada tabel 2.4 diawah ini : Tabel 2.4 Konfigurasi Memori Data AVR ATMega8535 Register Umum



Alamat



SRAM Internal



R0



$0000



$0060



R1



$0001



$0061



…



…



…



R30



$001E



$025E



R31



$001F



$025F



Register I/O



Alamat



$00



$0020



$01



$0021



…



…



$3E



$005E



$3F



$005F



30



2.10 Liquid Cristal Display (LCD)7 LCD adalah sebuah display dot-matrix yang difungsikan untuk menampilkan tulisan berupa angka atau huruf sesuai dengan yang diinginkan (sesuai dengan program yang digunakan untuk mengontrolnya). Pada tugas akhir ini penulis menggunkan LCD dengan karakter 2 x 16. untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.15 dibawah ini :



Gambar 2.21 Konfigurasi Pin LCD8



LCD sebagaimana output yang dapat menampilkan tulisan sehingga lebih mudah mengerti, dibanding jika digunakan LED saja. Dalam modul ini menggunakan LCD karakter untuk menampilkan tulisan atau karakter saja. Tampilan LCD terdiri dari dua bagian, yakni bagian panel LCD yang terdiri dari banyak ”titik”. LCD dan sebuah mikrokontroller yang menempel di panel dan berfungsi mengatur ”titik-titik” tadi menjadi huruf atau angka yang terbaca. Huruf atau angka yang akan ditampilkan dikirim ke LCD dalam bentuk kode ASCII, kode ASCII ini diterima dan diolah oleh mikrokontroller di dalam LCD menjadi ”titik-titik” LCD yang terbaca sebagai huruf atau angka. Dengan demikian tugas mikrokontroller pemakai tampilan LCD hanyalah mengirimkan kode-kode ASCII untuk tampilan.



7 8



HITACHI. HD44780U(LCD-II). Hal 162 www.datasheet4U.com



31



Spesifikasi LCD secara umum : 1.



Jumlah baris



2.



Jumlah karakter per baris



3.



Tegangan kerja



Tabel 2.5 Pin pada fungsi LCD9



9



pin



simbol



fungsi



1



VSS



Ground



2



VDD



+5V



3



V0



Pengaturan kontras layer



4



RS



H/L register select



5



R/W



6



E



7



DB0



Data bus line



8



DB1



Data bus line



9



DB2



Data bus line



10



DB3



Data bus line



11



DB4



Data bus line



12



DB5



Data bus line



13



DB6



Data bus line



14



DB7



Data bus line



15



A



+4,2 V untuk BKL



16



K



PS untuk BKL (0 V)



H/L Read/write H/L Enable



www.datasheet 4U.com



32



Cara menjalankan LCD : Langkah 1 : Inisialisasi LCD Langkah 2 : Tentukan jumlah karakter pada baris dan kolom Langkah 3 : Tuliskan teks atau variable dan tentukan lokasi tampilannya pada LCD, sesuai dengan perintah penulisannya pada program.



2.11 Dioda10 Dioda adalah piranti elektronik yang terbuat dari bahan semikonduktor dimana dioda diartikan ”di” adalah dua dan ”oda” berasal dari elektroda. Jadi dioda adalah gabungan dari dua elektroda yaitu tipe ”P” (anoda) dan elektroda ”N” (katoda) sedangkan anak panah menunjukan arah arus listrik dioda. Unuk lebih jelasnya dapat dilihat dari gambar 2.22 dibawah ini :



Gambar 2.22 Simbol Dioda



Apabila dioda diberikan tegangan DC dengan polaritas tegangan positif pada posisi sebelah anoda (P) dan polaritas tegangan negatif pada posisi sebelah katoda (N). Hubungan ini disebut bias maju (forward bias) . Apabila polaritas itu dibalik yaitu tegangan positif dihubungkan kesisi katoda (N) dan polaritas negatif pada posisi anoda (P), hubungan ini biasa disebut bias mundur (reverse bias) seperti terlihat pada gambar 2.23b. Pada dioda diberikan tegangan positif atau bias maju, dioda baru bekerja apabila tegangan ini melampaui potensial bariernya. Jika tegangan melampaui tegangan bariernya maka akan terjadi penambahan arus. Diatas potensial bariernya penambahan tegangan yang kecil menghasilkan penambahan arus yang



10



Albert paul malvino, Ph.D, Prof, M. Barmawi, Ph.D., M.O.Tjia, Ph.D., prinsip-prinsip elektronika dasar, penerbit erlangga, edisi ketiga, jilid 1, 1996. hal 19



33



besar. Tegangan dimana arus bariernya mulai bertambah secara cepat disebut tegangan offset. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.23 dibawah ini: .



.



DIODE



DIODE



a



b



BATTERY



BATTERY



Gambar 2.23 Dioda Bias Maju Dan Bias Mundur a. Dioda Dibias Maju b. Dioda Dibias Mundur



Tegangan -BV



Arus bocor



Daerah forward



Tegangan lutut = 0,7 V



Daerah reverse



Gambar 2.23 Karakteristik Dioda



Pada suhu kamar potensial barier untuk dioda silikon adalah sebesar 0,7 volt sedangkan untuk dioda germanium adalah sebesar 0,3 Volt. Jika dioda diberikan tegangan mundur diperoleh arus balik atau arus bocor yang sangat kecil. Apabila tegangan diperbesar, suatu saat tegangan dioda akan mencapai tegangan break down. Tegangan break down akan menyebabkan pertambahan arus balik yang bisa merusak dioda. Dimana tegangan break down dari dioda yang digunakan pada rangkaian sebesar 100 V.



34