ALAT PENDETEKSI DETAK JANTUNG DAN SUHU TUBUH MENGGUNAKAN IC ATMEGA 16
TUGAS AKHIR
Oleh
FAJAR AHMAD FAUZI NIM. 20133010032
PROGRAM STUDI
D3 TEKNIK ELEKTROMEDIK
POLITEKNIK MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA 2016
(2)
i
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada Politeknik Muhammadiyah Yogyakarta untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Ahli Madya (A.Md.)
Program Studi D3 Teknik Elektromedik
Oleh
FAJAR AHMAD FAUZI
NIM. 20133010032
PROGRAM STUDI
D3 TEKNIK ELEKTROMEDIK
POLITEKNIK MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
2016
(3)
ii
yang pernah diajukan untuk memperoleh derajat Profesi Ahli Madya atau gelar kesarjanaan pada suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan penulis juga tidak terdapat pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini serta disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 24 Agustus 2016 Yang menyatakan,
(4)
iii
terlimpahkan kepada nabi Muhammad SAW, yang telah memberi jalan ilmu pengetahuan sehingga gelap gulita dunia tercerahkan atas limpahan kasih sayang yang tak pernah henti kepada umatnya, beserta sahabat dan para keluarga yang senantiasa mengikuti jalan kebaikannya.
Penulis sangat bersyukur dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan judul “Penghitung Detak Jantung dan Suhu Badan menggunakan IC ATMega 16” ini tepat pada waktu yang sudah ditentukan. Laporan tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh gelar Ahli Madya pada Program Studi D3 Teknik Elektromedik Politeknik Muhammadiyah Yogyakarta.
Dalam menyelesaikan tugas akhir ini penulis telah banyak mendapatkan bantuan moral maupu materiil dari semua pihak, baik pada saat pembuatan desain box, perancangan hadware dan software, serta troubleshooting alat. Sehingga penyusunan karya tulis ini dapat diselesaikan dengan baik. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Dr. Sukamta, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Muhammadiyah Yogyakarta dan bapak Tatiya Padang Tunggal, S.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Elektromedik Politeknik Muhammadiyah Yogyakarta yang memberikan izin kepada penulis untuk belajar.
(5)
iv
3. Semua staff Teknik Elektromedik yang sabar atas segala pertanyaan dan bantuan penyelesaian administrasi. Beserta seluruh dosen-dosen TEM PMY yang selalu siap untuk dimintai bantuan berupa pertanyaaan-pertanyaan dari penulis.
4. Seluruh asisten dosen TEM PMY yang telah membantu memberikan saran pada pemrograman dan troubleshooting modul.
5. Kepada bapak dan ibu dirumah yang selalu mendoakan penulis, beserta kakak dan adikku yang selalu menjadi penyemangat penulis dalam menyusun laporan tugas akhir ini hingga selesai.
6. Kepada bapak KH.Muhadi Zaenuddin selaku pengasuh PP.Aji Mahasiswa Al-Muhsin Yogyakarta yang selalu mendoakan serta mendukung santrinya agar bisa maju dan berkembang.
7. Teman-teman TEM seangkatan tahun 2013. Dan khusus untuk teman-temanku TEM kelas B.
8. Teman-teman seluruh santri PP.Aji Mahasiswa Al-Muhsin Yogyakarta yang selalu membantu dan mendukung segala kegiatan yang dilakukan penulis. 9. Seluruh pihak IPSRS PKU Muhammadiyah Bantul yang telah berkenan
memberikan pinjaman berupa alat medis yang telah terkalibrasi.
Tiada gading yang tak retak. Dengan penulisan karya tulis ini penulis meyakini masih banyak kekurangan dan keterbatasan akan kemampuan yang
(6)
v
Yogyakarta, Agustus 2016
(7)
vi
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR PERNYATAAN ... v
KATA PENGANTAR ... vi
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
ABSTRAK ... xv
ABSTRACT... xvi
BAB I PENDAHULUAN... 1
1.1.Latar Belakang ... 2
1.2.Perumusan Masalah ... 2
1.3.Pembatasan Masalah... 3
1.4.Tujuan Penelitian ... 3
1.4.1. Tujuan umum ... 3
1.4.2. Tujuan khusus ... 3
1.5.Manfaat Penelitian ... 4
1.5.1. Tujuan teoritis ... 4
1.5.2. Tujuan praktis ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1. Kajian Pustaka ... 5
2.2. Jantung ... 6
2.2.1. Fungsi jantung ... 6
2.2.2. Parameter heart rate ... 7
2.3. Suhu Badan ... 8
2.4. Komponen Pembuatan Alat ... 9
2.4.1. IC ATMega 16 ... 9
(8)
vii
2.4.7. LCD (liquid crystal display)... 20
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 23
3.1. Digram Blok Sistem ... 23
3.1.1. Diagram blok heart rate dan suhu badan... 23
3.1.2. Cara kerja BPM ... 24
3.1.3. Diagram alir ... 25
3.1.4. Ilustrasi perencanaan alat ... 28
3.1.5. Alat dan bahan ... 29
3.2. Urutan Kegiatan ... 30
3.3. Rancangan atau Desain Penelitian ... 32
3.4. Variabel Penelitian... 32
3.4.1. Variabel bebas ... 32
3.4.2. Diagram terikat ... 32
3.4.3. Variabel terkendali ... 32
3.5. Definisi Operasional ... 33
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 34
4.1. Spesifikasi Alat ... 34
4.2. Pengujian dan Pengukuran Modul ... 35
4.3. Teknik Analisis Data ... 36
4.3.1. Rata-rata ... 36
4.3.2. Standar deviasi... 36
4.3.3. Nilai ketidakpastian ... 37
4.3.4. Nilai error ... 37
4.4. Hasil Pengukuran dan Analisa ... 38
4.4.1. Pengukuran BPM ... 38
4.4.2. Pengukuran suhu ... 40
(9)
viii
4.7.3. Mengatur tegangan referensi 0,438 volt pada
komparator ... 49
4.7.4. Melakukan pengukuran outputmonostable NE555 ... 52
4.8. Rangkaian Suhu Tubuh ... 53
4.9. Analisa Umum ... 55
4.9.1. Program ... 55
4.9.2. Kelebihan alat ... 56
4.9.3. Kekurangan alat ... 56
4.9.4. SOP penggunaan alat ... 56
BAB V PENUTUP ... 58
5.1. Kesimpulan ... 58
5.2. Saran ... 58
DAFTAR PUSTAKA ... 60 LAMPIRAN
(10)
ix
Tabel 2.2. Fungsi khusus port B... 11
Tabel 2.3. Fungsi khusus port C... 12
Tabel 2.4. Fungsi khusus port D ... 12
Tabel 2.5. Keterangan LCD ... 22
Tabel 3.1. Bahan-bahan alat ... 29
Tabel 3.2. Definisi operasional ... 33
Tabel 4.1. Pengukuran BPM pada 5 pasien ... 39
Tabel 4.2. Pengukuran BPM pasien 1,2,3,4, dan 5 ... 40
Tabel 4.3. Pengukuran suhu badan pasien ... 41
Tabel 4.4. Pengukuran suhu badan pasien 1, pasien 2, dan pasien 3 ... 41
(11)
x
Gambar 2.2. Minimum sistem ATMega 16 ... 10
Gambar 2.3. Sensor suhu LM35 ... 13
Gambar 2.4. Heart rate sensor ... 15
Gambar 2.5. Letak jari pada heart rate sensor ... 16
Gambar 2.6. Rangkaian non-inverting ... 18
Gambar 2.7. Rangkaian komparator ... 19
Gambar 2.8. Rangkaian monostable ... 20
Gambar 2.9. LCD ... 21
Gambar 3.1. Blok diagram BPM dan suhu ... 23
Gambar 3.2. Flow chart program utama ... 25
Gambar 3.3. Flow chart subrutin tampilan BPM ... 26
Gambar 3.4. Flow chart subrutin tampilan suhu ... 26
Gambar 3.5. Tampak depan ... 28
Gambar 3.6. Tampak belakang ... 28
Gambar 4.1. Modul monitoring BPM dan suhu ... 34
Gambar 4.2. Alat kalibrator BPM ... 38
Gambar 4.3. Rangkaian sensor heart rate ... 42
Gambar 4.4. Output sinyal photodioda ... 43
Gambar 4.5. Rangkaian pengkondisi sinyal ... 45
Gambar 4.6. Rangkaian penguatan pertama ... 46
Gambar 4.7. Output sinyal penguatan pertama ... 47
Gambar 4.8. Rangkaian penguatan kedua... 48
Gambar 4.9. Output sinyal penguatan kedua ... 49
Gambar 5.0. Rangkaian komparator... 50
Gambar 5.1. Output sinyal pembatasan tegangan oleh komparator ... 51
Gambar 5.2. Rangkaian monostable ... 52
(12)
xi
Lampiran 2 Skematik layout rangkaian minsis, sensor, mainpanel Lampiran 3 Rangkaian keseluruhan
Lampiran 4 Datasheet AVR ATMega 16 Lampiran 5 Datasheet LM35
Lampiran 6 Datasheet IC 358 Lampiran 7 Datasheet IC NE555 Lampiran 8 Datasheet IC 353 Lampiran 9 Datasheet IC LCD
(13)
(14)
(15)
pemompaan jantung melalui fenomena fotoelektrik sehingga diketahui kondisi kesehatan pengguna. Ditambah parameter pengukur suhu tubuh manusia untuk mengetahui suhu kondisi terkini dari pengguna.
Dalam pengambilan data detak jantung menggunakan sensor heart rate (finger tip sensor). Sistem ini bekerja mengambil data dari aliran darah pada jari telunjuk selama 60s, data akan ditampilkan melalui LCD. Untuk parameter suhu badan pengambilan data menggunakan sensor suhu LM35. Perubahan panas sensor akan di ubah menjadi aliran listrik, yang diterjemahkan ke bentuk digital melalui ADC 10 bit yang diproses oleh mikrokontroler ATMega 16 dan ditampilkan ke LCD.
Hasil dari pengukuran yang ideal menunjukan error masing-masing parameter heart rate dan suhu tubuh min <1,702% dan <0,55% .
(16)
activity of heart pump pass through electric photograph phenomenon to give information about health condition of user. And thermometer to give information temperature update.
In collecting data of heart rate using sensor heart rate (finger tip sensor). The system collecting data of bloodstreem in fore finger in 60s, and LCD would show the data. For body temperature parameter data collecting uses LM35 temperature sensor. The heat changing in the sensor would turn to electric current, later transtated to digital form by ADC 10 bit processed ATMega16 by microcontroller and show in LCD.
The result of ideal measurement shows an error of heart rate and body temperature parameter respectively minimum <1,702% and <0,55%.
(17)
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Alat diagnostik pengukur detak jantung dan pengukur suhu tubuh adalah alat medis yang akan digunakan dalam membantu perawat dan sangat berguna untuk mengetahui keadaan kondisi pasien. Prinsip kerja alat diagnostik ini adalah dengan menghitung jumlah denyut jantung dalam satuan menit. Kemudian dari hasil hitungan denyutan jantung tersebut akan bisa ditentukan apakah kondisi pasien dalam keadaan normal atau tidak. Biasanya orang yang mengalami kelainan penyakit jantung aritmia, denyutannya akan menyimpang dari rentang nilai antara 60-100 BPM.
Alat diagnostik ini juga ditambah parameter pengukur suhu badan berfungsi untuk melakukan diagnostik suhu badan pasien. Parameter ini diletakkan atau ditempatkan pada area bagian tubuh seperti ketiak, leher, atau bagian tubuh tertentu. Karena jika diletakkan pada bagian tubuh yang memiliki tingkat panas tinggi, maka suhu yang terbaca akan semakin valid dan akurat mendekati pengukuran yang presisi Physics of the human body (Herman, 2007).
Sebelumnya sudah dibuat alat monitoring BPM secara portable karya dari Fahmi Farisandi dengan judul “PATIENT DIAGNOSTIC PORTABLE”. dari jurusan Teknik Elektromedik Poltekkes Kemenkes
(18)
Surabaya. Karena tugas akhir sebelumnya menggunakan sensor finger tip dengan sistem reflektan maka pada pembuatan modul ini penulis akan menggunakan sensor finger tip sistem depan-belakang. Kemudian keluaran dari outputnya berupa LCD display 2x16 untuk pengukuran parameter BPM dan pengukuran suhu badan. Alat diagnosa sederhana ini juga akan ditambahkan peringatan alarm berupa indikator LED sebagai indikasi tidak normal (abnormal) dan normal. Pada kesimpulannya untuk judul tugas akhir penulis adalah “ALAT PENDETEKSI DETAK JANTUNG DAN SUHU TUBUH MENGGUNAKAN IC ATMEGA 16”.
1.2. Perumusan Masalah
Bagaimanakah cara alat ini mampu mendiagnosa pasien untuk medeteksi kesehatan detak jantung dan suhu badan dari seorang pasien ?
1.3. Pembatasan Masalah
1. Diagnosa BPM menggunakan heart rate sensor yang dipasang pada jari telunjuk tangan pasien.
2. Pengukuran hanya untuk orang dewasa.
3. Menggunakan sensor suhu menggunakan LM35 dengan rentang suhu 32°C sampai 40°C.
4. Letak sensor suhu diletakkan pada bagian ketiak.
5. Pengambilan data BPM selama 60 detik dan suhu badan 2 menit sampai batas waktu yang tidak ditentukan.
(19)
6. Pasien harus dalam keadaan tenang dan tidak melakukan aktifitas yang berlebihan selama menggunakan alat ini.
7. Pengukuran BPM dan suhu badan dilakukan secara bersamaaan namun dalam alur program perhitungan BPM dilakukan terlebih dahulu kemudian diikuti oleh perhitungan suhu badan.
1.4. Tujuan Penelitian 1.4.1. Tujuan umum
Dapat membuat alat diagnosa pasien sederhana dengan parameter BPM dan pengukur suhu badan yang dapat memantau denyutan jantung dan suhu badan dari pasien menggunakan mikrokontroller IC ATMega 16.
1.4.1. Tujuan khusus
Dari permasalahan diatas maka dapat persempit tujuan khusus dari pembuatan alat tersebut;
1. Membuat rangkaian BPM dengan heart rate sensor.
2. Membuat rangkaian pengukur suhu badan dengan sensor LM35.
3. Membuat minimum sistem dengan IC ATMega 16.
4. Membuat pogram untuk menentukan kondisi jantung melalui perhitungan BPM dan pengukur suhu badan.
5. Membuat rangkaian output berupa LCD display dan alarm peringatan berupa LED.
(20)
1.5. Manfaat Penelitian 1.5.1. Manfaat teoritis
Untuk mengetahui manfaat umum tentang alat diagnosa pasien sederhana pada bidang kesehatan dengan parameter BPM dan pengukur suhu badan.
1.5.2. Manfaat praktis
Modul ini akan membantu peran user terutama perawat, dokter dan pasien dalam mendiagnosa kondisi kesehatan detak jantung dan pengukur suhu badan secara portable, kemudian mampu mendeteksi kelainan dini pada penyakit jantung saat perawatan pasien sehingga user dapat bekerja dengan efiesien, cepat, dan akurat. Kemudian alat ini terdapat alarm peringatan dini berupa indikator peringatan LED sehingga membantu kerja dari perawat.
(21)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kajian Pustaka
Pada penelitian sebelumnya sudah dibuat alat monitoring BPM secara portable karya dari Fahmi Farisandi dengan judul “PATIENT DIAGNOSTIC PORTABLE”, dari jurusan Teknik Elektromedik Poltekkes Kemenkes Surabaya. Pada penelitian tugas akhir sebelumnya menggunakan sensor finger tip dengan sistem reflektan yang kurang akurat maka pada pembuatan modul ini penulis akan menggunakan sensor finger tip sistem depan-belakang. Kemudian keluaran dari outputnya berupa LCD display 2x16 yang lebih banyak menampilkan efek visual yang detail daripada alat sebelumnya menggunakan tampilan seven segmen (Farisandi, 2014).
Modul yang penulis buat ini juga menggunakan catu daya portable sehingga bisa diisi ulang menggunakan charger kemudian tegangan yang diberikan akan lebih stabil. Sensor yang digunakan juga sesuai standar alat BPM dipasaran sehingga respon sinyal lebih efektif, akurat dan sensitif.
Alat diagnosa sederhana ini juga akan ditambahkan peringatan alarm berupa indikatorLED warna merahsebagai indikasi tidak normal (abnormal) dan LED warna hijau untuk indikasi normal.
(22)
2.2. Jantung
2.2.1. Fungsi jantung
Jantung (dalam bahasa Yunani disebut cardia) adalah sebuah rongga, organ berotot yang memompa darah lewat pembuluh darah oleh kontraksi berirama yang berulang. Jantung adalah salah satu organ yang berperan dalam sistem peredaran darah. Secara internal, jantung dipisahkan oleh sebuah lapisan otot menjadi dua belah bagian, dari atas ke bawah kemudian menjadi 2 buah pompa. Kedua pompa ini tidak pernah menyatu sama lain. Dan belahan ini terdiri dari 2 buah rongga dan kedua rongga tersebut selalu dipisahkan oleh dinding jantung. Maka jantung memiliki 4 buah rongga yaitu 2 rongga serambi kanan dan serambi kiri kemudian 2 rongga bilik kanan dan bilik kiri.
Pada saat berdenyut setiap ruang jantung mengendur dan terisi darah yang dinamakan diastole. Selanjutnya jantung berkontraksi dan memompa darah keluar dari ruang jantung yang dinamakan sistole. Perubahan keadaan antara relaksasi dan kontraksi inilah yang dimanfaatkan untuk perhitungan jumlah BPM. Sinyal interval jantung normal dapat digambarkan seperti gambar dibawah ini:
(23)
Gambar 2.1. Sinyal interval jantung normal (Sumber : en.wikipedia.org)
Interval antara R-R menandakan periode dari detak jantung yang dapat dikonversi menjadi heart rate.
2.2.2. Parameter heart rate
Untuk parameter heart rate, ada beberapa batasan yang diukur berdasarkan usia. Untuk lebih jelasnya penulis cantumkan referensi dari sumber lain, sebagai berikut:
Tabel 2.1. Batasan BPM setiap usia Usia Batasan heart rate
6 70-115 BPM
10 70-110 BPM
14 60-110 BPM
Dewasa 60-100 BPM
(Sumber: Pulse diagnostic a clinical guide, 2007)
Sehingga pada tugas akhir ini, penulis akan membahas batasan normal heart rate untuk orang dewasa adalah 60-100 BPM. Apabila heart rate kurang dari 60 BPM orang tersebut mengalami pernafasan bradycardia. Bradycardia adalah suatu kondisi dimana pernafasan
(24)
denyut jantung <60 BPM meskipun jarang gejala sampai dibawah 50 BPM ketika manusia beristirahat total. Atlet terlatih cenderung memiliki lambat detak jantung istirahat, dan beristirahatnya bradycardia pada atlet tidak boleh dianggap normal jika individu telah tidak ada gejala yang terkait denganya. Terkadang angka ini dapat bervariasi sebagai anak-anak dan orang dewasa kecil cenderung memiliki detak jantung yang lebih cepat daripada rata-rata orang dewasa.
Tachycardia adalah laju jantung istirahat lebih dari 100 denyut per menit. Angka ini dapat bervariasi sebagai organ-organ yang lebih kecil dan biasanya jantung pada anak-anak lebih cepat daripada orang rata-rata dewasa.
2.3. Suhu Badan
Perubahan suhu tubuh diluar rentang normal mempengaruhi set point hipotalamus sebagai kelenjar pengatur suhu tubuh. Perubahan ini dapat berhubungan dengan produksi panas yang berlebihan, pengeluaran panas yang berlebihan, produksi panas minimal, pengeluaran panas minimal atau setiap gabungan dari perubahan tersebut. Sifat perubahan ini akan mempengaruhi masalah klinis yang dialamin pasien.
Perubahan suhu tubuh dapat juga berpengaruh pada jumlah denyut jantung seseorang Harrison’s Manual of Medicine (Kasper, 1988). Suhu tubuh normal menusia berkisar antara 36°C-37.5°C. Suhu tubuh normal seseorang sesungguhnya bervariasi tergantung pada waktu pengukuran pagi,
(25)
siang, atau malam. Tempat pengukuran dalam rongga mulut, diketiak, atau dalam dubur. Faktor usia serta tingkat metabolisme sebelum atau sesudah makan, sebelum atau setelah melakukan aktifitas fisik. Suhu normal tubuh normal yang terukur pada pagi hari berkisar ≤37.2°C dan ≥37.7°C Harrison’s Manual of Medicine (Kasper, 1988). Pengukuran suhu tubuh dilakukan pada bagian yang dekat dengan organ dalam tubuh. Karena semakin dekat dengan inti tubuh, maka suhu yang terbaca akan semakin valid Physics of Human Body (Herman, 2007). Sehingga pengukuran suhu dengan thermometer lewat rongga mulut atau dubur akan lebih tepat daripada lewat ketiak (Depkes, 2007). Akan tetapi, karena dalam batasan masalah penulis menggunakan sensor LM35 untuk sensor suhunya, maka pengukuran suhu tubuh tetap dilakukan diketiak, yang dianggap sebagai bagian terdekat dengan inti tubuh.
Suhu tubuh dapat diukur di tempat-tempat berikut dengan waktu minimal : 1. Ketiak/axilae : thermometer didiamkan selama 10-15 menit.
2. Anus/dubur/rectal : thermometer didiamkan selama 3-5 menit. 3. Mulut/Oral : thermometer didiamkan selama 2-3 menit.
2.4. Komponen Pembuatan Alat 2.4.1. IC ATMega 16
ATMega 16 merupakan tipe AVR yang telah dilengkapi dengan 8 saluran ADC internal dengan fidelitas 10 bit. Dalam mode operasinya, ADC ATMega 16 dapat dikonfigurasi, baik secara single ended input maupun differential input. Selain itu, ADC ATMega 16
(26)
memiliki konfigurasi pewaktuan, tegangan referensi, mode operasi, dan kemampuan filter derau yang amat fleksibel, sehingga dengan mudah disesuaikan dengan kebutuhan ADC itu sendiri.
ATMega 16 memiliki 3 modul timer yang terdiri dari 2 buah timer/counter 8 bit dan 1 buah timer/counter 16 bit. Ketiga modul timer/counter ini dapat diatur dalam mode yang berbeda secara individu dan tidak saling mempengaruhi satu sama lain.
(27)
Selain itu, semua timer/counter juga dapat difungsikan sebagai sumber interupsi. Masing-masing timer/counter ini memiliki register tertentu yang digunakan untuk mengatur mode dan cara kerjanya (Iswanto, 2014).
Konfigurasi pin ATMega 16 dengan kemasan 40 pin DIP (Dual Inline Package) fungsi dari masing-masing pin ATMega 16 sebagai berikut:
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya. 2. GND merukan pin Ground.
3. Port A (PORTA 0 – PORTA 7) merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan ADC.
4. Port B (PORTB 0 – PORTB 7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 2.2. Fungsi khusus port B
Port B Fungsi Khusus
PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)
PB6 MISO (SPI BusMaster Input/ Slave Output) PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/ Slave Input) PB4 SS (SPI Slave Select Input)
PB3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input), OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Match Output) PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input)
INT2 (External Interrupt 2 Input)
PB1 T1 (Timer/ Counter1 External Counter Input) PB0 T0 T1 (Timer/Counter External Counter Input)
(28)
5. Port C (PORT C 0 – PORTC 7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.3. Fungsi khusus port C
Port C Fungsi khusus
PC7 TOSC2 ( Timer Oscillator Pin2) PC6 TOSC1 ( Timer Oscillator Pin1) PC5 Input/Output
PC4 Input/Output PC3 Input/Output PC2 Input/Output
PC1 SDA ( Two-wire Serial Buas Data Input/Output Line) PC0 SCL ( Two-wire Serial Buas Clock Line)
6. Port D (PORTD 0 – PORTD 7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti yang terlihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.4. Fungsi khusus port D
Port D Fungsi khusus
PD7 OC2 (Timer/Counter Output Compare Match Output) PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)
PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Output)
PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output)
PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input) PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input) PD1 TXD (USART Output Pin)
PD0 RXD (USART Input Pin)
7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
(29)
9. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC. 2.4.2. Sensor suhu LM35
Sensor suhu IC LM35 merupkan chip IC produksi National Semiconductor yang berfungsi untuk mengetahui temperature suatu objek atau ruangan dalam bentuk besaran elektrik, atau dapat juga di definisikan sebagai komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah perubahan temperature yang diterima dalam perubahan besaran elektrik. Sensor suhu IC LM35 dapat mengubah perubahan temperature menjadi perubahan tegangan pada bagian outputnya. Sensor suhu IC LM35 membutuhkan sumber tegangan DC +5 volt dan konsumsi arus DC sebesar 60 µ A dalam beroperasi.
Gambar 2.3. Sensor suhu LM35
Bentuk fisik sensor suhu IC LM35 merupakan chip IC dengan kemasan yang bervariasi, pada umumnya kemasan sensor suhu IC LM35 adalah kemasan TO-92 seperti terlihat pada gambar diatas . Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa sensor suhu IC LM35 pada dasarnya memiliki 3 pin yang berfungsi sebagai sumber supply
(30)
tegangan DC +5 volt, sebagai pin output hasil penginderaan dalam bentuk perubahan tegangan DC pada Vout dan pin untuk ground (Hadiyoso, 2015).
Karakteristik sensor suhu IC LM35 adalah :
1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara
tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25ºC.
3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55ºC sampai +150ºC. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µ A.
4. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
5. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 watt untuk beban 1 mA.
6. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.
Sensor suhu IC LM35 memiliki keakuratan tinggi dan mudah dalam perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, sensor suhu LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kontrol khusus serta tidak memerlukan setting tambahan karena output dari sensor suhu LM35 memiliki karakter
(31)
yang linier dengan perubahan 10mV/°C. Sensor suhu LM35 memiliki jangkauan pengukuran -55ºC hingga +150ºC dengan akurasi ±0.5ºC (Hadiyoso, 2015).
Tegangan output sensor suhu IC LM35 dapat diformulasikan sebagai berikut :
Vout LM35 = Temperature Cº x 10 mV (2-1) Kelebihan dari sensor suhu IC LM35 antara lain :
1. Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai +150ºC. 2. Low self-heating, sebesar 0.08 ºC.
3. Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30V. 4. Rangkaian menjadi sederhana.
5. Tidak memerlukan pengkondisian sinyal. 2.4.3. Finger sensor
Infrared LED memancarkan cahaya melewati jari dan ditangkap oleh photodioda. Ilustrasi penempatan pada jari terlihat pada seperti gambar berikut:
(32)
Gambar 2.5. Letak jari pada heart rate sensor
Kontraksi pada jantung saat memompa darah menimbulkan denyutan yang dapat dirasakan pada pembuluh nadi dibeberapa tempat, termasuk jari. Karena melewati darah yang berdenyut, cahaya yang ditangkap oleh photodioda/LSD akan membentuk sinyal. Intensitas cahaya yang dapat ditangkap oleh LSD tergantung dari volume darah pada jari. Jadi ketika jantung berkontraksi, akan merubah intensitas cahaya yang ditangkap oleh LSD. Pada saat jantung berkontraksi, volume darah akan bertambah sehingga darah menjadi lebih pekat. Hal ini akan memengaruhi resistansi LSD. Resistansi LSD akan bertambah besar, sehingga tegangan yang dilewatkan ke Vout semakin besar, begitupun sebaliknya (Mahruz, 2008).
(33)
Alur kerja sensor : 1. Saat terdapat denyut
Volume darah naik maka intensitas cahaya yang diterima LSD turun kemudian jika nilai hambatan LSD naik maka output tegangan sensor akan naik.
2. Saat tidak terdapat denyut
Volume darah turun maka intensitas cahaya yang diterima LSD naik kemudian jika nilai hambatan LSD turun maka output tegangan sensor turun.
2.4.4. Non-inverting amplifier
Rangkaian ini berfungsi menguatkan tegangan yang didapat dari pantulan cahaya infra red yang ditangkap oleh LSD. Untuk mendapatkan gain atau besar penguatannya dapat ditentukan dari besar R1 dan R2 (Clayton, 2005).
Rumus penguatan non-inverting amplifier :
(34)
Gambar 2.6. Rangkaian non-inverting Rumus frekuensi filter :
fc filter =
(2-3)
Keterangan : R = Resistansi C = Kapasitor 2.4.5. Komparator
Komparator merupakan rangkaian yang digunakan untuk mengindera atau mendeteksi kondisi dimana sebuah sinyal yang berubah terhadap waktu telah mencapai nilai tegangan ambangnya (threshold). Komparator ini dapat digunakan untuk mengindera dan mendeteksi kondisi dari sebuah sinyal elektrik ketika mencapai atau melampaui level tegangan tertentu yang telah didefinisikan sebelumnya.
(35)
Rangkaian komparator memiliki sebuah penguat diferensial pada sisi masukannya. Adapun keluarannya merupakan sebuah tingkat penggerak untuk mencapai keadaan yang dapat beralih nilainya. Sebuah rangkaian komparator yang paling sederhana memiliki tegangan sinyal yang dikenakan langsung pada salah satu dari terminal masukanya, sementara diterminal masukan lainnya dikenakan tegangan referensi .
Gambar 2.7. Komparator 2.4.6. Rangkaian monostable
Rangkaian monostable ini berfungsi agar logika yang masuk ke mikrokontroller menjadi nilai output 5V dan 1V. Ketika monostable mendapatkan input trigger, maka akan menghasilkan tegangan 5V atau high, ketika tidak mendapatkan tegangan trigger maka akan menghasilkan tegangan output 1V atau low. Untuk menghitung lama frekuensi pada rangkaian monostable (Bishop, 2002).
(36)
Rumus frekuensi monostable :
f =
(2-4)
keterangan : R = resistansi C = kapasitor
Gambar 2.8. Rangkaian monostable 2.4.7. LCD (liquid crystal display)
LCD adalah sebuah display dot matrix yang difungsikan untuk menampilkan sebuah tulisan berupa huruf atau angka. Penulis menggunakan LCD 2x16 sebagai output untuk display tugas akhir.
Penulis menggunakan LCD M1632 yang mana difungsikan untuk menampilkan hasil data pengukuran suhu tubuh sehingga dapat diketahui dalam keadaan normal atau tidak normal.
(37)
LCD ini memerlukan daya yang sangat kecil, yaitu +5 VDC. Panel TN LCD untuk pengaturan kekontrasan cahaya pada display dan CMOS LCD drive sudah ada didalamnya. Semua fungsi display dapat di kontrol dengan memberikan intruksi dan dapat dipisahkan oleh MPU. Ini akan membuat LCD berguna untuk range yang luas dari terminal display unit untuk mikrokontroller dan display unit measuringg gages (Sumardi, 2013 dan Bejo, 2008).
Gambar 2.9. LCD Cara kerja mengaktifkan LCD :
Langkah 1 : Inisialisasi LCD.
(38)
Langkah 3 : Tuliskan data ke LCD, maka karakter akan tampil di layar LCD.
Beberapa keterangan dari fungsi pin pada LCD karakter 2x16 antara lain sebagai berikut :
Tabel 2.5.Keterangan LCD
No Symbol Level Keterangan
1 Vss - Dihubungkan ke ground
2 Vcc - Dihubungkan dengan tegangan supply +5V dengan toleransi ±10%.
3 Vcc - Digunakan untuk mengatur tingkat kontras LCD.
4 Rs H/L Bernilai logika ‘0’ untuk input intruksi
dan bernilai ‘1’ untuk input data.
5 R/W H/L Bernilai logika ‘0’ untuk proses ‘write’
dan bernilai ‘1’ untuk proses ‘read’. 6 E H Merupakan sinyal enable. Sinyal ini akan
aktif pada failing edgedari logika ‘1’ ke
logika ‘0’.
7 DB0 H/L Pin data 0 8 DB1 H/L Pin data 1 9 DB2 H/L Pin data 2 10 DB3 H/L Pin data 3 11 DB4 H/L Pin data 4 12 DB5 H/L Pin data 5 13 DB6 H/L Pin data 6 14 DB7 H/L Pin data 7
15 V+BL - Backlight pada LCD ini dihubungkan dengan tegangan sebesar 4 - 4,2 V dengan arus 50 – 100 mA.
16 V-BL - Back light pada LCD ini dihubungkan pada ground.
(39)
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Diagram Blok Sistem
3.1.1. Diagram blok heart rate dan suhu badan
Rencana teknis pertama untuk metode penilitian ini adalah membuat diagram blok. Fungsi dari diagram blok sebagai acuan dalam pembuatan alur sistem kerja hardware. Penentuan diagram blok yang tepat akan menentukan hasil ide yang diinginkan dalam membuat proyek tugas akhir yang dicapai. Berikut adalah diagram blok yang penulis buat.
Gambar 3.1. Blok diagram BPM dan suhu
(40)
3.1.2. Cara kerja BPM
Cahaya yang dipancarkan oleh infra merah oleh heart rate sensor ditangkap oleh photodioda/LSD setelah melewati jari tangan. Karena adanya pengaruh aliran darah maka akan menimbulkan sinyal. Sinyal yang timbul akan dikuatkan oleh sebuah amplifier agar dapat dibaca. Setelah itu sinyal akan diolah oleh blok rangkaian rangkaian filter untuk menghilangkan noise sinyal-sinyal yang mengintervensi. Kemudian sinyal akan diteruskan ke komparator untuk mendapatkan nilai output berupa tegangan yang diinginkan dengan melakukan perbandingan tegangan. Setelah itu tegangan itu akan diolah oleh rangkaian monostable. Monostable berfungsi untuk mentrigger sinyal yang didapat dan meredam jika tidak ada sinyal yang masuk. Kemudian output dari rangkaian monostable akan dicacah dala mikrokontroller untuk diolah datanya kembali. Selain sinyal finger tip, sinyal analog dari sensor LM35 juga diolah. Untuk menyestabilkan tegangan maka diberi rangkaian buffer, setelah itu data diolah oleh mikrokontroller. Kedua sinyal tersebut akan ditampilkan oleh LCD dan diidentifikasi oleh pogram yang sudah dibuat untuk menentukan normal atau tidak normal dari sinyal yang didapat dengan menampilkan LED merah dan LED hijau.
(41)
3.1.3. Diagram alir
(42)
Gambar 3.3. Flow chart subrutin tampilan BPM
(43)
Proses kerja alur flow chart BPM dan suhu:
Ketika sensor telah dipasang di dengan baik sesuai dengan prosedur kemudian tekan tombol start maka sensor finger tip akan menghitung jumlah denyut jantung selama 60 detik. Jika belum tercapai maka akan mengulang sampai waktu terpenuhi. Jika sudah tercapai 60 detik maka akan dihitung kembali oleh mikro, jika denyut <60 maka kondisi jantung berasa pada posisi abnormal, jika no maka diolah dengan aturan >=60 dan <=100 jika yes maka kondisi jantung dalam keadaan normal kemudian jika no dengan nilai rentang >100 lalu yes maka kondisi jantung dalam keadaan abnormal dan kemudian akan ditampilkan di LCD. LED merah akan hidup jika kondisi detak jantung kondisi abnormal sedangkan LED hijau akan hidup jika kondisi normal.
Kemudian sensor suhu akan mengukur suhu ketika proses perhitungan BPM sedang berlangsung sampai batas waktu yang tidak ditentukan, dan suhu tersebut dihitung hasilnya sesuai dengan ketentuan berikut jika <36°C maka kondisi suhu dalam keadaan abnormal, jika no masuk ke perhitungan selanjutnya dengan aturan >=36,4°C dan <=37,5°C jika yes maka kondisi suhu badan dalam keadaan normal kemudian jika no,masuk ke tahap selanjutnya dengan aturan >37,5°C jika yes maka kondisi suhu badan dalam keadaan abnormal dan kemudian hasil yang sudah ditentukan tersebut akan ditampilkan di LCD. LED merah akan hidup jika kondisi suhu dalam
(44)
keadaan abnormal dan LED hijau akan hidup jika kondisi dalam keadaan normal.
3.1.4. Ilustrasi perencanaan alat
Gambar 3.5. Tampak depan (18 cm x 16,5 cm)
Gambar 3.6. Tampak belakang (16,5 cm x 7,5 cm)
(45)
3.1.5. Alat dan bahan
Dalam pembuatan sebuah alat elektronika medik tentunya harus dipersiapkan segala hal untuk keberhasilan pembuatan alat tersebut. Salah satu faktor penting adalah persiapan bahan. Bahan yang dipersiapkan tersebut harus ada dan mudah dicari, jika dibutuhkan. Tidak hanya tersedianya bahan namun juga sesuai datasheet dan fungsi bahan yang akan digunakan. Ketepatan dalam memilih bahan menjadi faktor tersendiri didalam keberhasilan membuat alat. Berikut alat-alat yang dipakai dalam pembuatan modul ini.
Tabel 3.1. Bahan-bahan alat
Nama komponen Jumlah
Switch DP 4 1 Buah
Resistor 1k / 1
/2 Watt 3 Buah
Capacitor 10 µF / 10V 3 Buah
Capacitor 22 nF 2 Buah
Frekuensi osilator 12 MHz 1 Buah
Resistor variabel 5k 3 Buah
Resistor 220 Ω / 1/2 Watt 6 Buah
Batu Baterai DC 5V 1 Buah
LED 6 Buah
Push button 3 Buah
DB 9 1 Buah
Resistor 150 Ω 1
/2 Watt 3 Buah
Resistor 39K 1/2 Watt 1 Buah
Capacitor 1µF / 16V 2 Buah
Resistor 68K 1/2 Watt 2 Buah
Resistor 6K8 1/2 Watt 2 Buah
Resistor 680K 1/2 Watt 2 Buah
Capacitor 100 nF /16V 2 Buah
LM358 3 Buah
LM393 1 Buah
LM35 1 Buah
Capacitor 10 nF / 10V 1 Buah
Resistor 3K3 1/2 Watt 2 Buah
Transistor BC107 1 Buah
(46)
Nama komponen Jumlah
Capacitor 100µF / 16V 1 Buah
LCD 1 Buah
ATMega 8535 1 Buah
Kabel 5 M 1 Buah
Konektor 3 pin 1 Buah
Konektor USB daya 1 Buah
Sensor heart rate 1 Buah
Jumper -
Pin male dan female -
Sebagai sarana pendukung dalam pembuatan tugas akhir ini, dapat penulis sebutkan sebagai berikut :
1. Solder
2. Soldering pump 3. Timah
4. Bread board 5. PCB
6. Tool set 7. Multimeter 8. Ferri clorit 9. Osiloskop 10.Jumper/kabel 11.Amplas 3.2Urutan Kegiatan
Dalam melakukan pembuatan alat modul tugas akhir ini penulis membuat rancangan jadwal pelaksanaan kegiatan, agar penulis mampu memaksimalkan waktu supaya lebih efisien dan efektif. Meliputi kegiatan yang tertulis dibawah ini:
(47)
1. Mempelajari teori-teori dan literatur yang berhubungan dengan permasalahan yang dibahas melalui studi perpustakaan.
2. Menentukan topik untuk judul modul.
3. Mempelajari dan merancang teknis pembuatan modul tersebut. 4. Merencanakan biaya operasional pembuatan modul.
5. Membuat diagram blok sistem, diagram mekanis, dan diagram alir secermat mungkin.
6. Menyusun proposal.
7. Menyiapkan bahan-bahan komponen dan peralatan untuk pembuatan modul.
8. Membuat jadwal kegiatan untuk mengatur waktu pembuatan modul. 9. Merancang rangkaian-rangkain kecil atau rangkaian per blok.
1) Rangkaian BPM. 2) Rangkaian suhu. 3) Rangkaian supply.
4) Rangkaian LCD, LED dan push button. 5) Rangkaian minimum sistem ATMega 16. 6) Membuat program.
10. Melakukan percobaan dan pengukuran pada modul. 11. Menyatukan modul-modul membentuk sistem modul.
12. Menguji kembali sistem modul dan mengukur besaran-besaran fisis yang diperlukan.
(48)
14. Menarik kesimpulan dan saran untuk perbaikan sistem. 15. Menyusun laporan karya tulis ilmiah.
3.3. Rancangan/Desain Penelitian
Jenis penelitian dan pembuatan modul ini menggunakan metode eksperimen, yaitu metode penelitian yang digunakan untuk mencari pengaruh perlakuan tertentu terhadap lain dalam kondisi yang terkendalikan. Bentuk desain penelitian ini adalah Pre-eksperimental, after only design.
3.4. Variabel Penelitian 3.4.1. Variabel bebas
Sebagai variabel bebas meliputi jari tangan dan bagian tubuh terutama ketiak untuk pengukuran suhu badan.
3.4.2. Variabel terikat
Sebagai variabel terikat adalah heart rate sensor dan LM35. 3.4.3. Variabel terkendali
(49)
3.5. Definisi Operasional
Untuk menentukan besaran-besaran dalam pengukuran maka penulis menyertakan definisi operasional.
Tabel 3.2. Definisi operasional
Variabel Definisi Alat ukur Hasil
ukur Skala ukur Suhu Tubuh Besaran fisis (panas) yang keluar dari tubuh Thermometer badan Rasio (°C) Sensor suhu tubuh Detektor suhu/temperature
Avometer 0-100mV (1mV mewakili suhu 1°C) Rasio (mV) Denyut jantung Perubahan fisis akibat pergerakan jantung tiap waktu.
Oximetry BPM 0 BPM sampai 250 BPM BPM Sensor detak jantung Detektor untuk mengukur denyut jantung melalui jari
Osiloskop 0-100 mV Rasio (mV) Mikro Kontroler Komponen pengendali sistem yang harus diprogam __ __ __
(50)
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Spesifikasi Alat
Dalam pembahasan spesifikasi alat ini penulis memberikan keterangan kapasitas tegangan yang dipenuhi supaya alat dapat bekerja dengan baik. Berikut ini penulis cantumkan spesifikasi alat beserta gambar modul yang sudah dibuat.
Fungsi Alat : Monitoring BPM dan Suhu Tegangan Catu Daya : 5 Volt DC
Arus : 1 Ampere
Tegangan Sumber Charger : 110/220 Volt AC
Gambar 4.1. Modul monitoring BPM dan suhu
(51)
Setelah membuat modul, maka langkah berikutnya melakukan pengujian dan pengukuran. Untuk itu penulis, melakukan pendataan melalui beberapa tahap proses pengukuran dan pengujian. Tujuan pengukuran dan pengujian adalah untuk mengetahui ketepatan dari pembuatan modul dan memastikan masing-masing bagian (komponen) dari seluruh rangkaian alat telah berfungsi sesuai apa yang telah direncanakan.
Langkah-langkah pengukuran dan pengujian modul ini dapat diuraikan dalam beberapa tahap, sebagai berikut:
1. Menyiapkan peralatan yang dibutuhkan, terutama alat ukur dan alat pembanding.
2. Menyiapkan tabel untuk mencatat hasil pengukuran.
3. Menguji alat dengan mengadakan pengukuran terhadap test point masing-masing bagian sesuai pengukuran yang telah kami tentukan.
4. Menguji alat dengan mengadakan pengukuran BPM dan suhu pada SPO2 dan Thermometer sebagai pembanding modul.
5. Mencatat hasil pengukuran dan perhitungan dalam tabel yang telah disediakan.
6. Melakukan penghitungan terhadap hasil pengukuran untuk mengetahui tingkat error, simpangan, rata-rata dan standar deviasi.
(52)
Rangkaian BPM menghasilkan output berupa sinyal jantung pasien yang akan diukur. Dari sinyal tersebut nantinya akan dicari titik tertinggi sinyal dan akan dihitung jumlahnya dalam 60s untuk menentukan jumlah BPM pasien. Sedangkan untuk suhu, nilai pembacaan suhu dari output sensor akan diolah untuk menentukan suhu tubuh pasien. Dari pengukuran dilakukan beberapa kali percobaan kemudian hasil pengukuran dibandingkan dengan nilai standart dan dicari nilai rata-rata, nilai standart deviasi (SD), ketidakpastian dan nilai error dengan rumus sebagai berikut :
4.3.1. Rata-rata
Rata-rata adalah bilangan yang di dapat dari hasil pembagian jumlah nilai data oleh banyaknya data dalam kumpulan tersebut.
Rumus rata-rata :
(4-1)
Dimana,
X’ = Rata-rata X1...Xn = Nilai data N = Banyak data 4.3.2. Standar deviasi
Standar deviasi adalah suatu nilai yang menunjukan tingkat (derajat) variasi kelompok data atau ukuran standar penyimpangan dari
(53)
semakin presisi.
Rumus standar deviasi :
√ (4-2) Dimana,
X’ = Rata- rata X1,...,Xn = Nilai data N = Banyak data 4.3.3. Nilai ketidakpastian
Ketidakpastian merupakan suatu parameter berupa dispersi nilai-nilai yang mungkin diambil sebagai nilai-nilai besaran ukur. Ketidakpastian merupakan ketidakpastian yang dievaluasi berdasarkan metode statistikyang dapat dirumuskan sebagai berikut :
Rumus ketidakpastian :
√ (4-3)
Dimana,
Sn = Standar deviasi n = Jumlah seluruh data 4.3.4. Nilai Error
Error (Rata-rata Simpangan) adalah selisih antara mean terhadap masing-masing data.
(54)
(4-4) Dimana,
X = data yang diukur
X’= Rata-rata
4.4. Hasil Pengukuran dan Analisa 4.4.1. Pengukuran BPM
Dalam pengukuran BPM ini penulis akan membandingkan alat kalibrator yang sudah laik digunakan dengan alat modul yang dibuat oleh penulis sendiri. Berikut alat kalibrator beserta spesifikasi alat: Merek : Pulse Oximeter Mindray
Type : MEC-1000 Tegangan : 5 volt
(55)
terhadap 5 orang pasien, dengan masing-masing pasien 5 kali pengukuran. Dalam proses pengambilan data pasien dikondisikan tenang tidak melakukan aktifitas yang berlebihan.
(56)
Keterangan :
Ref. = Alat kalibrator atau alat pembanding yang sudah standar (laik pakai).
F = Alat yang dibuat oleh penulis.
Tabel 4.2. Pengukuran BPM pasien 3, pasien 4 dan pasien 5 Pengukuran
ke-
Pasien 1 (BPM)
Pasien 2 (BPM)
Ref. F Ref. F
1 77 80 71 70
2 72 76 75 73
3 73 76 71 71
4 73 74 71 73
5 75 76 72 73
Mean 74 76,4 72 72
SD 2 2,719 1,73 1,41
UA 0,9% 1,23 0,8% 0,63
% error 3,2% 3,1 % 0% 0%
Pengukuran ke
Pasien 3 (BPM)
Pasien 4 (BPM)
Pasien 5 (BPM)
(57)
KKeterangan :
Ref. = Alat kalibrator atau alat pembanding yang sudah standar (laik pakai).
F = Alat yang dibuat oleh penulis. 4.4.2. Pengukuran suhu
Data berikut ini merupakan data yang diperoleh dari hasil pengukuran terhadap 3 orang pasien, dengan masing-masing pasien 3 kali pengukuran. Dalam proses pengambilan data, sensor diletakkan di ketiak.
Tabel 4.3.Pengukuran suhu badan 3 pasien
NO Pasien
SUHU 1 (°C) SUHU 2 (°C) SUHU 3 (°C) SUHU 4 (°C) SUHU 5 (°C) Ref. F Ref. F Ref. F Ref. F Ref. F 1 Pasien 1 36 36 37 36 37 36 36 36 36 35
Ref. F Ref. F Ref. F
1 83 86 83 81 83 80
2 89 83 85 82 82 80
3 83 83 87 85 78 76
4 88 86 83 81 77 75
5 84 84 84 81 80 78
Mean 85,4 84,4 84,4 82 79,2 77,8
SD 2,88 1,48 1,67 1,73 2,66 2,28
Ua 1,01% 0,66 0,74 0,8% 1,2% 1,01%
(58)
2 Pasien 2 37 36 38 37 37 36 36 36 37 37 3 Pasien 3 37 37 37 36 38 37 37 36 37 36
Keterangan :
Ref. = Alat kalibrator atau alat pembanding yang sudah standar (laik pakai).
F = Alat yang dibuat oleh penulis. Tabel 4.4.Analisis data suhu badan 3 pasien
Pengukuran ke-
SUHU 1 (°C) SUHU 2 (°C) SUHU 3 (°C)
Ref. F Ref. F Ref. F
1 36 36 37 37 37 37
2 36 37 37 37 37 37
3 36 36 37 38 38 38
4 36 36 37 37 37 37
5 36 36 37 38 37 37
Mean 36 36,2 37 37,4 37 37
SD 0 0,44 0 0,54 0 0
UA 0 0,2 0 0,24 0 0
%Error 0,5 0,6% 0,54 1,07% 0 0
Keterangan :
Ref. = Alat kalibrator atau alat pembanding yang sudah standar (laik pakai).
F = Alat yang dibuat oleh penulis.
4.5. Analisa Keseluruhan Data Pengukuran
Dari hasil pengukuran BPM dan Suhu tubuh dapat ambil kesimpulan bahwa hasil yang dapat sangat bervariasi, tetapi penulis berpendapat bahwa
(59)
hasil yang diperoleh tidak berbeda jauh dari hasil yang di dapat melalui alat yang sudah terkalibrasi (laik digunakan). Banyak faktor yang mempengaruhi hasil pengukuran, diantaranya:
1. Pasien tidak tenang dalam pengukuran. 2. Peletakan sensor yang tidak tepat.
3. Peletakan sensor suhu tidak sama pada kalibrator. 4.6. Rangkaian SensorHeart Rate
Melakukan pengukuran terhadap sensor heart rate di output photodioda dengan alat osiloskop. Berikut rangkaian sensor heart rate yang dipakai dalam pembuatan modul ini.
Gambar 4.3 Rangkaian sensor heart rate
(60)
Gambar 4.4. Output sinyal photodioda
Output photodioda masih sangat kecil dalam skala orde ukuran mV. Secara perhitungan matematis amplitudo dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Amplitudo = Tinggi gelombang x volt/div = 2,8 x 0,1
= 0,28 V atau 280 mV. 4.7. Rangkaian Pengkondisi Sinyal
Dalam membuat project ini penulis memberikan sedikit gambaran bagian-bagian layout rangkaian. Rangkaian berikut ini merupakan rangkain penguat utama (pengkondisi sinyal).
(61)
Gambar 4.5.Rangkaian pengkondisi sinyal
Kontraksi jantung pada saat memompa darah menimbulkan denyutan yang dapat dirasakan pada pembuluh nadi dibeberapa tempat, namun penelitian ini penulis menitikberatkan pada bagian jari telunjuk. Peristiwa inilah yang dimanfaatkan untuk melakukan pengukuran denyut jantung menggunakan sistem depan-belakang.
Menurut penelitian penulis pengukuran yang efektif dilakukan dengan sistem depan-belakang, karena dapat meningkatkan performa ketelitian sensor karena berhubungan dengan jarak dari source lamp dan detector yang
(62)
berhadapan. Maka penulis menggunakan sistem depan-belakang, untuk memperoleh hasil yang lebih baik. Setelah dilakukan penelitian dengan menggunakan sistem tersebut didapatkan nilai pengukuran yang akurat dan baik. Karena sistem depan belakang memanfaatkan sinar infra merah untuk menembus darah, sehingga langsung efektif tingkat penetrasi dari infra merah jika terjadi kondisi 2 hal; pertama kondisi dimana darah memiliki kandungan yang lebih banyak CO2, kedua kondisi dimana darah memiliki kandungan O2
yang lebih banyak daripada CO2. Sinar tersebut akan ditangkap oleh
photodioda. Intensitas cahaya yang ditangkap oleh photodioda tergantung dari volume darah sendiri. Jadi ketika jantung berkontraksi, akan merubah intensitas cahaya yang ditangkap oleh photodioda. Perubahan amplitudo yang kecil inilah yang dikonversi menjadi pulsa denyut nadi.
4.7.1. Penguatan pertama
Output dari sensor akan difilter menggunakan low pass filter agar dapat melewatkan sinyal tubuh. Kemudian sinyal diteruskan ke rangkaian non-inverting amplifier.
(63)
Gambar 4.6. Rangkaian penguatan pertama
Besar penguatan pertama dapat dihitung dengan rumus penguat non-invertingamplifier sesuai dengan persamaanrumus(2-2).
Rumus penguatan :
Gain = (1+ ) = (1+
) = 101 kali
(64)
Hasil penguatan melalui alat osiloskop sebagai berikut:
Gambar 4.7 Output sinyal penguatan pertama
Dengan melihat hasil gambar diatas maka amplitudo dapat dihitung melalui rumus berikut:
Amplitudo = Tinggi gelombang x volt/div = 3 x 0,5 V
= 1,5 V
Sehingga didapatkan output sinyal dipenguatan pertama, memiliki tegangan sebesar 1,5 Volt.
(65)
4.7.2. Penguatan kedua
Sinyal output dikeluaran pertama masih terlalu kecil sehingga dikuatkan kembali pada penguatan kedua. Berikut gambar rangakaian di penguat kedua:
Gambar 4.8.Rangkaian penguatan kedua
Besar penguatan kedua dapat dihitung dengan rumus penguat non invertingamplifier sesuai dengan persamaan rumus (2-2).
Rumus penguatan :
Gain = (1+ ) = (1+
) = 101 kali
(66)
Hasil penguatan melalui alat osiloskop sebagai berikut:
Gambar 4.9. Output sinyal penguatan kedua
Dengan melihat hasil gambar diatas maka amplitudo dapat dihitung melalui rumus berikut:
Amplitudo = Tinggi gelombang x volt/div = 1,8 x 2 V
= 3,6 V
Maka didapatkan output sinyal dipenguatan kedua, memiliki tegangan sebesar 3,6 Volt. Hal ini dikarenakan karakteristik dari LM358 yang menurunkan tegangan supply hingga 1,5 Volt dari tegangan supply 5 Volt.
4.7.3. Mengatur tegangan referensi 0,438 volt pada komparator
Output dari penguatan inilah yang akan digunakan sebagai input komparator pembanding, yang akan membandingkan inputan dengan
(67)
tegangan referensi yang telah di atur sesuai tingkat kepresisian perhitungan counter. Karena ini akan sangat berpengaruh pada perhitungan di pin T0 counter mikrokontroler. Jika tidak presisi maka perhitungan dapat acak (terjadi random). Karena fungsi komparator hanya untuk membatasi sinyal terendah yang terbaca sebagai detak, sedikit noise akan mengganggu perhitungan counter. Berikut gambar rangkaian komparator.
(68)
Hasil nilai komparator melalui alat osiloskop sebagai berikut:
Gambar 5.1. Output sinyal pembatasan tegangan oleh komparator Gambar diatas memberikan ilustrasi bahwa tegangan komparator membatasi tegangan noise sekitar 0,438 Volt. Dan akan menghasilkan logika high atau low.
Perhitungan matematis tegangan referensi komparator sebagai berikut: Amplitudo = Tinggi gelombang x volt/div
= 2,19 x 0.2 V = 0,438 V
Output komparator yang menghasilkan logika High dan Low sesuai dengan sinyal output dari penguatan kedua.
(69)
4.7.4. Melakukan pengukuran outputmonostable NE555
Output dari komparator akan mentrigger transistor yang menyebabkan monostable bekerja. Ketika monostable mendapat trigger input berupa perubahan tegangan high ke low sekali, maka outputnya akan berupa logika 1 selama waktu yang ditentukan melalui perhitungan monostable.
Gambar 5.2. Rangkaian monostable
Output dari monostable akan membentuk gelombang kotak sebesar 5V dan 0 V yang berfungsi agar bisa terbaca oleh pin counter mikrokontroler. Perhitungan secara matematis filter sesuai dengan persamaan rumus (2-3) sebagai berikut ini:
fc filter =
= 2,34 Hz
(70)
T =
T = T = 0,43s
Sehingga T monostable diatur dibawah T fc filter, sesuai dengan persamaan rumus (2-4), maka perhitungan matematis bisa diuraikan sebagai berikut :
f =
=
= 2,75 Hz
Perhitungan matematis untuk menentukan rumus periode.
T = T =
T = 0,363 s
4.8. Rangkaian Suhu Tubuh
Spesifikasi dari rangkaian suhu tubuh antara lain : 1.Tegangan supply yang digunakan 5V dan Ground. 2.Menggunakan IC 358 sebagai buffer.
(71)
Gambar rangkaian seperti digambarkan dibawah ini :
Gambar 5.3. Rangkaian suhu tubuh Langkah-langkah pengaturan dan pengujian yaitu:
1. Menghubungkan rangkaian dengan powersupply 5V dan Ground. 2. Melakukan pengukuran linearitas pada output LM35 serta output
rangkaian buffer dengan AVO meter pengaturan suhu 30°C-40°C. 3. Menghubungkan output buffer ke portADC di mikro kontrol.
Dibawah ini merupakan tabel pengukuran tegangan linearitas sensor suhu. Penulis menyimpulkan bahwa pengukuran menunjukan tegangan linearitas suhu (10 mV/1°C ) dengan tegangan output tidak jauh berbeda.
Tabel 4.5.Hasil pengukuran linearitas sensor suhu Derajat Suhu Tegangan Output LM35 (mV)
30°C 29,8
31°C 30,6
32°C 31,6
33°C 32.7
34°C 33,6
35°C 34,8
36°C 35,7
(72)
Derajat Suhu Tegangan Output LM35 (mV)
38°C 37,5
39°C 38,8
40°C 39,8
4.9. Analisa Umum 4.9.1. Program
Penulis menggunakan aplikasi compiler atau penerjemah (software) CodevisionAVRcompiler (CV AVR).
Berikut listing program BPM dan suhu badan.
Listing 4.1. listing program BPM. void suhu_hitung()
{V=read_adc(0); //membaca ADC
suhu=(float)(V*100)/196; //Konversi suhu
ftoa(suhu,1,stdyo); lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf("SUHU:");
sprintf(str,"%s",stdyo); //konversi
string
lcd_gotoxy(5,1);
lcd_puts(str); //menampilkan data string
lcd_putchar(223); lcd_putsf("C"); lcd_gotoxy(8,1); delay_ms(1000); indikator_SUHU(); }
(73)
Listing 4.2 listing program suhu. 4.9.2. Kelebihan alat
1. Menggunakan supply daya yang dapat di isi ulang. 2. Tambahan parameter suhu.
3. Sistem yang dibuat untuk portable. 4.9.3. Kekurangan alat
1. Bentuk box yang relatif lebih besar. 2. Adanya trigger daya on.
4.9.4. SOP penggunaan alat 1. Tekan tombol trigger.
2. Tekan tombol On untuk menghidupkan dan Off untuk mematikan. 3. Pastikan sensor heart rate dan suhu terpasang dengan baik.
{lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("BPM :"); bpm_START();
bpm=TCNT0; // mengubah variabel data TCNT0
sprintf(bpm1,"%i",bpm); //mengubah string
lcd_gotoxy(5,0);
lcd_puts(bpm1); // menampilkan data ke LCD
lcd_gotoxy(9,0); lcd_putsf("BM");
if(detik>=60) //Batas waktu 60 s
{bpm_STOP(); // Batas waktu selesai
(74)
4. Tekan tombol Start untuk memulai dan Reset untuk mengembalikan sistem semula.
(75)
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Setelah melakukan proses pembuatan dan belajar dari literatur perencanaan, pengujian alat, dan pendataan, maka penulis dapat menyimpulkan beberapa hal:
1. Alat pendeteksi detak jantung dan suhu tubuh berfungsi dengan baik setelah dilakukan perbandingan hasil data yang diperoleh melalui percobaan oleh beberapa pasien dengan alat medis yang sama yang memiliki standar laik digunakan oleh pihak kalibrasi alat kesehatan.
2. Dapat bekerja dengan baik dan akan mendapatkan data perhitungan yang akurat dan stabil jika kondisi pasien dalam keadaan tenang, nyaman atau rileks. Hal ini disebabkan kondisi pasien tidak tenang maka akan berpengaruh terhadap pengambilan data sehingga nilai yang didapat akan tidak akurat atau tidak sesuai dengan hasil yang diinginkan.
3. Setelah dilakukan pengukuran dengan alat pembanding yang sudah terkalibrasi didapatkan nilai error rata-rata pengukuran, yaitu sebesar 1,702% untuk data BPM dan untuk data pengukuran suhu badan adalah 0,55%.
5.2. Saran
Karena banyak hal yang menjadi faktor kendala alat yang penulis buat ini jauh dari sempurna. Terutama bentuk fisik dan kinerja alat yang kurang maksimal. Adapun analisa kekurangan dari alat yang penulis buat ini adalah:
(76)
1. Alat menggunakan daya dari sumber tegangan batu baterai. Mungkin jika ingin dikembangkan buat sistem daya otomatis sendiri dengan ditambahkan lampu indikator untuk mengetahui kondisi masa pemakaian baterai.
2. Alat ini hanya menggunakan output LCD. Jika penggunaan untuk monitoring jarak jauh bisa menggunakan tampilan seven segmen. Karena alat ini masih memakai sistem manual, maka bisa dikembangkan menjadi sistem monitoring jarak jauh menggunakan bluetooth atau XBEE.
3. Tampilan alat ini hanya memakai tampilan LCD, bisa dikembangkan menggunakan sistem tampilan GUI (Graphic User Interface) yang ditampilakan melalui layar monitor laptop atau handphone.
4. Alat ini hanya memiliki 2 parameter saja, maka tidak menutup kemungkinan ditambahkan paramater seperti EKG, Respirasi dll.
(77)
DAFTAR PUSTAKA
Bejo, A., 2008. C&AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C
dalam Mikrokontroller ATMega 8535 1st ed., Yogyakarta: Graha Ilmu.
Bishop, Owen., 2002. Dasar-Dasar Elektronika., Jakarta: Erlangga.
Clayton, George and Winder, S., 2005. Operational Amplifier 5th ed., Jakarta: Erlangga.
Hadiyoso, S., D., 2015. Instrumen Biomedis Berbasis PC 1st ed., Yogyakarta: Gava Media.
Iswanto, Nia, RM., 2015. Mikrokontroller :Teori dan Praktik ATMega 16 dengan Bahasa C.,Yogyakarta: Deepublish . Pujiono., 2012. Rangkaian Elektronika Analog.,Yogyakarta: Graha
Ilmu.
Sumardi., 2013.Mikrokontroller Belajar AVR Mulai dari Nol., Yogyakarta: Graha Ilmu.
Farisandi, F., 2014. Patient Diagnostic Portable. Surabaya. Elektromedik Poltekkes Kemenkes Surabaya. Herman, Irving, P., 2007. Physics of Human Body., Berlin:
Springer.
Kasper, L.,Deni, dkk, 1988. Harrison’s Manual Of Medicine 16th ed., New York: McGraw-Hill.
Machruz, E., Sony S., Achmad R. (2008) Perancangan Perangkat Monitoring Denyut Jantung (Heart - Beat Monitoring) Dengan Visualisasi LCD Grafik Berbasis Atmel AT89C51, Proseding Konferensi Nasional Sistem dan Informatika 2008, Bali
Sean, W.,Emma, K., 2007.Pulse Diagnose : A Clinical Guide., England: Elsevier.
Saiful, H., 2012. Monitoring BPM dengan Menggunakan Wireless Berbasis Mikrokontroller AVR ATTINY 2313. Surabaya. Elektromedik Poltekkes Kemenkes Surabaya.
(78)
Triwiyanto., 2011. Petunjuk Praktikum Mikrokontroller AVR. Surabaya: Elektromedik.
Www.alldatasheet.com.lm358/pdf. [Diakses pada : Tanggal 18 januari 2016].
Repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/20194/4/
Chapter%20II.pdf. [Diakses pada : Tanggal 20 januari 2016].
Http://elektronika-dasar.web.id/komponen/sensor-
tranducer/sensor-suhu-ic-lm35 Copyright © Elektronika Dasar. [Diakses pada : Tanggal 25 januari 2016].
Http://askep-net.blogspot.co.id/2012/05/cara-kerja-jantung.html. [Diakses pada : Tanggal 22 Agustus 2016].
Http://rbme.embs.org. [Diakses pada : Tanggal 22 Agustus 2016]. Https://en.wikipedia.org/wiki/Heart_rate. [Diakses pada : Tanggal
22 Agustus 2016].
Http://referensikedokteran.blogspot.co.id/2010/07/patofisiologi- demam.html. [Diakses pada : Tanggal 22 Agustus 2016].
(79)
the
CodeWizardAVR V2.60 Evaluation Automatic Program Generator © Copyright 1998-2012 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l. http://www.hpinfotech.com Project : Monitoring BPM Version : 1
Date : 03/08/2016 Author : Fajar Company : UNNOCS Comments:
Chip type : ATmega8535
Program type : Application
AVR Core Clock frequency: 12,000000 MHz
Memory model : Small
External RAM size : 0 Data Stack size : 128 ****************************** *************************/ #include <mega16.h>
#include <stdio.h> #include <stdlib.h>
unsigned char bpm1[33]; unsigned int suhu,V,Z, bpm; int detik;
// Alphanumeric LCD functions #include <alcd.h>
// Declare your global variables here
// Timer1 overflow interrupt service routine
interrupt [TIM1_OVF] void timer1_ovf_isr(void) {
// Reinitialize Timer1 value TCNT1H=0x48E5 >> 8;
TCNT1L=0x48E5 & 0xff; // Place your code here detik++;
}
#define ADC_VREF_TYPE ((0<<REFS1) | (0<<REFS0) | (0<<ADLAR))
// Read the AD conversion result
unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)
{
ADMUX=adc_input | ADC_VREF_TYPE;
(80)
// Start the AD conversion 46875 48e5
ADCSRA|=(1<<ADSC);
// Wait for the AD conversion to complete
while ((ADCSRA & (1<<ADIF))==0); ADCSRA|=(1<<ADIF); return ADCW;} void waktu() { if(detik<=60) { sprintf(ksr,"%ds",detik); lcd_gotoxy(12,0); lcd_puts(ksr); }} void bpm_START() {TCCR0=0x06;} void bpm_STOP() {TCCR0=0x00;} void indikator_SUHU() { lcd_clear(); if(suhu>=(364/10)&&suhu<=(37,6 /100)) } else {PORTD.0=0;PORTD.1=1; lcd_gotoxy(12,1); lcd_putsf("BAD"); }} void indikator_BPM() { if(bpm>=60&&bpm<=100) { PORTD.3=0;PORTD.4=1; lcd_gotoxy(12,0); lcd_putsf("GOOD"); } else { PORTD.3=1;PORTD.4=0; lcd_gotoxy(12,0); lcd_putsf("BAD");}} void suhu_hitung() { V=read_adc(0); Z=V*5/1024; suhu=V*100;
(81)
sprintf(str,"%i",suhu); lcd_gotoxy(5,1); lcd_puts(str); lcd_putchar(223); lcd_putsf("C"); lcd_gotoxy(8,1); delay_ms(1000); indikator_SUHU(); } void bpm_hitung() { waktu(); lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("BPM :"); bpm_START(); bpm=TCNT0; sprintf(bpm1,"%i",bpm); lcd_gotoxy(5,0); lcd_puts(bpm1); lcd_gotoxy(9,0); lcd_putsf("BM"); if(detik>=60) { bpm_STOP(); indikator_BPM();
// Declare your local variables here
// Input/Output Ports initialization
// Port A initialization // Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In DDRA=(0<<DDA7) | (0<<DDA6) | (0<<DDA5) | (0<<DDA4) | (0<<DDA3) | (0<<DDA2) | (0<<DDA1) | (0<<DDA0);
// State: Bit7=T Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=T Bit1=T Bit0=T
PORTA=(0<<PORTA7) |
(0<<PORTA6) | (0<<PORTA5) | (0<<PORTA4) | (0<<PORTA3) | (0<<PORTA2) | (0<<PORTA1) | (0<<PORTA0);
// Port B initialization // Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In DDRB=(0<<DDB7) | (0<<DDB6) | (0<<DDB5) | (0<<DDB4) | (0<<DDB3) | (0<<DDB2) | (0<<DDB1) | (0<<DDB0);
// State: Bit7=T Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=T Bit1=T Bit0=P
PORTB=(0<<PORTB7) |
(0<<PORTB6) | (0<<PORTB5) | (0<<PORTB4) | (0<<PORTB3) |
(82)
Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In DDRC=(0<<DDC7) | (0<<DDC6) | (0<<DDC5) | (0<<DDC4) | (0<<DDC3) | (0<<DDC2) | (0<<DDC1) | (0<<DDC0);
// State: Bit7=T Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=T Bit1=T Bit0=T
PORTC=(0<<PORTC7) |
(0<<PORTC6) | (0<<PORTC5) | (0<<PORTC4) | (0<<PORTC3) | (0<<PORTC2) | (0<<PORTC1) | (0<<PORTC0);
// Port D initialization // Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=Out Bit3=Out Bit2=In Bit1=Out Bit0=Out DDRD=(0<<DDD7) | (0<<DDD6) | (1<<DDD5) | (1<<DDD4) | (1<<DDD3) | (0<<DDD2) | (1<<DDD1) | (1<<DDD0);
// State: Bit7=T Bit6=T Bit5=T Bit4=0 Bit3=0 Bit2=P Bit1=0 Bit0=0
PORTD=(0<<PORTD7) |
(0<<PORTD6) | (0<<PORTD5) | (0<<PORTD4) | (0<<PORTD3) | (1<<PORTD2) | (0<<PORTD1) | (0<<PORTD0);
// Timer/Counter 0 initialization
// Clock source: T0 pin Falling Edge
// Mode: Normal top=0xFF
TCNT0=0x00; OCR0=0x00;
// Timer/Counter 1 initialization
// Clock source: System Clock // Clock value: 46,875 kHz // Mode: Normal top=0xFFFF // OC1A output: Disconnected // OC1B output: Disconnected // Noise Canceler: Off
// Input Capture on Falling Edge
// Timer Period: 1 s
// Timer1 Overflow Interrupt: On
// Input Capture Interrupt: Off
// Compare A Match Interrupt: Off
// Compare B Match Interrupt: Off
TCCR1A=(0<<COM1A1) |
(0<<COM1A0) | (0<<COM1B1) | (0<<COM1B0) | (0<<WGM11) | (0<<WGM10);
TCCR1B=(0<<ICNC1) | (0<<ICES1) | (0<<WGM13) | (0<<WGM12) | (1<<CS12) | (0<<CS11) | (0<<CS10);
(83)
OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00;
// Timer/Counter 2 initialization
// Clock source: System Clock // Clock value: Timer2 Stopped // Mode: Normal top=0xFF
// OC2 output: Disconnected ASSR=0<<AS2;
TCCR2=(0<<WGM20) | (0<<COM21) | (0<<COM20) | (0<<WGM21) | (0<<CS22) | (0<<CS21) | (0<<CS20);
TCNT2=0x00; OCR2=0x00;
// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=(0<<OCIE2) | (0<<TOIE2) | (0<<TICIE1) | (0<<OCIE1A) | (0<<OCIE1B) | (1<<TOIE1) | (0<<OCIE0) | (0<<TOIE0); // External Interrupt(s) initialization
// INT0: Off // INT1: Off // INT2: Off
MCUCR=(0<<ISC11) | (0<<ISC10) | (0<<ISC01) | (0<<ISC00); MCUCSR=(0<<ISC2);
// USART initialization // USART disabled
UCSRB=(0<<RXCIE) | (0<<TXCIE) | (0<<UDRIE) | (0<<RXEN) | (0<<TXEN) | (0<<UCSZ2) | (0<<RXB8) | (0<<TXB8); // Analog Comparator initialization
// Analog Comparator: Off ACSR=(1<<ACD) | (0<<ACBG) | (0<<ACO) | (0<<ACI) |
(0<<ACIE) | (0<<ACIC) | (0<<ACIS1) | (0<<ACIS0); // ADC initialization // ADC Clock frequency: 750,000 kHz
// ADC Voltage Reference: AREF pin
// ADC High Speed Mode: Off // ADC Auto Trigger Source: ADC Stopped
ADMUX=ADC_VREF_TYPE;
ADCSRA=(1<<ADEN) | (0<<ADSC) | (0<<ADATE) | (0<<ADIF) |
(0<<ADIE) | (1<<ADPS2) | (0<<ADPS1) | (0<<ADPS0);
(84)
SPCR=(0<<SPIE) | (0<<SPE) | (0<<DORD) | (0<<MSTR) | (0<<CPOL) | (0<<CPHA) | (0<<SPR1) | (0<<SPR0); // TWI initialization // TWI disabled
TWCR=(0<<TWEA) | (0<<TWSTA) | (0<<TWSTO) | (0<<TWEN) | (0<<TWIE);
// Alphanumeric LCD initialization
// Connections are specified in the
// Project|Configure|C
Compiler|Libraries|Alphanumeri c LCD menu:
// RS - PORTC Bit 0 // RD - PORTC Bit 1 // EN - PORTC Bit 2 // D4 - PORTC Bit 3 // D5 - PORTC Bit 4 // D6 - PORTC Bit 5 // D7 - PORTC Bit 6 // Characters/line: 16 lcd_init(16); #asm("sei") PORTD.0=0; PORTD.1=0; { while(PIND.2==1) { lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("BPM & SUHU"); lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf("MONITOR ver.01"); } lcd_clear(); while(1) { bpm_hitung(); suhu_hitung(); }} }
(85)
Gambar Layout Minsis
Gambar Layout Sensor Heart Rate dan Suhu
(86)
(87)
Prodi D3 Teknik Elektromedik, Fakultas Vokasi Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Kampus Politeknik UMY,Jln. Hos. Cokroaminoto, Wirobrajan, Daerah Istimewa Yogyakarta 55252, Indonesia , Telp: +62 274 387656
Email : fajar.ahmad.2013@vokasi.umy.ac.id
ABSTRAK
Penelitian ini akan membahas tentang pelayanan kesehatan dalam peranan diagnostik dan life support. Sistem yang dirancang ini merupakan sistem yang mampu memberikan informasi kondisi kesehatan pengguna, dalam hal ini adalah pengukur detak jantung dan suhu tubuh. Dalam pengambilan data detak jantung menggunakan sensor heart rate (finger tip sensor).
Sistem ini bekerja mengambil data dari aliran darah pada jari telunjuk selama 60s, data akan ditampilkan melalui LCD. Untuk parameter suhu badan pengambilan data menggunakan sensor suhu LM35. Perubahan panas sensor akan di ubah menjadi aliran listrik, yang diterjemahkan ke bentuk digital melalui ADC 10 bit yang diproses oleh mikrokontroller ATMega 16 dan ditampilkan ke LCD. Hasil dari pengukuran yang ideal menunjukan error masing-masing parameter heart rate dan suhu tubuh min <1,702% dan <0,55% .
(1)
I. PENDAHULUAN
Sehat secara fisik diukur dari parameter dasar nilai-nilai normal dari tanda-tanda vital tubuh, antara lain: detak jantung dan suhu tubuh. Untuk mengukur kondisi-kondisi tersebut manusia biasanya menggunakan, stetoskop dan termometer. Pada kenyataanya, manusia yang memiliki alat-alat tersebut sangat sedikit karena harga yang mahal dan kurang praktis. Oleh karena itu, diperlukan suatu sistem yang dapat memeriksa kondisi tubuh secara praktis dan portable.
II.Dasar Teori 2.1 Jantung
Jantung merupakan organ terpenting dalam tubuh manusia, karena jantung merupakan organ
utama dalam
mensirkulasikan darah ke seluruh tubuh.
2.2 Alur Peredaran Darah
Pertamakali darah dari pembuluh darah vena masuk ke Atrium Kanan, kemudian menuju ke Ventrikel Kanan, kemudian menuju ke Paru– Paru, dimana dalam paru-paru ini terjadi pertukaran udara dari CO2 ke O2. Dari paru-paru darah menuju ke Atrium Kiri, kemudian menuju ke Ventrikel Kiri. Setelah itu darah dipompa menuju ke seluruh tubuh dan kepala dimana melalui pembuluh darah Aorta.
Gambar 1. Alur Peredaran Darah 2.3 Monitoring Denyut Jantung
Monitoring denyut jantung dapat dilakukan teknik tidak langsung (indirect). Sedangkan secara tidak langsung dengan memanfaatkan pembuluh darah, yaitu dengan melakukan sadapan atau sensor pada aliran darah tersebut.
III. Perancagan Sistem dan Realisasi
3.1 Spesifikasi Teknik
Alat yang dibuat diharapkan mampu memenuhi spesifikasi yaitu:
1. Dapat menghitung jumlah denyut jantung dalam 1 menit.
2. Dapat mengukur suhu badan secara konstan.
Diagram blok sistem yang akan dibuat dapat dilihat pada Gambar 2. Cara kerja secara
(2)
singkat alat tersebut adalah : Salah satu jari tangan dimasukkan ke blok finger sensor tranducer, nantinya cahaya led yang menembus jari tangan akan
diterima oleh LDR yang mana frekuensi aliran darah tersebut yang akan dideteksi. Data tersebut akan diolah pada mikrokontroler dan hasilnya ditampilkan pada seven segmen dan juga menunjukkan berapa banyaknya denyut jantung setiap menitnya.
Gambar 2. Blok Diagram Sistem 3.2 Perancangan Hardware
Dalam perancangan hardware, sistem dibagi menjadi beberapa bagian penting yaitu blok Heart Rate Sensor, LM35 Sensor Suhu, Pengontrol Utama (ATMega16), LED, LCD dan Power Supply. 3.2.1 Blok Sensor Heart Rate
Blok rangkaian ini berfungsi sebagai pendeteksi detak jantung melalui jari tangan. Rangkaian sensor ini
dimasukkan melalui PORTB.0 pada mikrokontroller.
Gambar 3. Blok Rangkaian Heart Rate
3.2 Blok Sensor Suhu
Rangakaian sensor suhu bekerja dengan memanfaatkan perubahan suhu kemudian diubah Menjadi sinyal listrik.
Gambar 4. Blok Rangkaian Suhu 3.3 Blok Kontrol Utama
IC ATMega 16 merupakan chip yang berfungsi sebagai kontrol utama dalam mengolah data. Dalam penerapan sistem , penggunaan PORTB.0 digunakan sebagai input dari BPM (Pengukur Detak Jantung) dan PORTA.0
(3)
digunakan sebagai input dari suhu (Pengukur Suhu).
Gambar 5. Kontrol Utama 3.3 Perancangan Software
Spesifikasi fungsional perangkat lunak yang dirancang harus dapat ditentukan melalui fungsi masukan (input) dan keluaran (output) program. 3.4 Flowchart Program Utama
Alur kerja dari sistem ini adalah sensor akan mulai bekerja (menghitung jumlah denyut dan suhu tubuh) jika terjadi pengaktifan tombol start. Tombol reset berfungsi mengulangi hitungan dari awal.
Gambar 6. Flow Chart Utama
Gambar 7. Flow Chart Subrutin BPM
(4)
Gambar 8. Flow Chart Subrutin Suhu
3.5 Realisasi Modul
Gambar 9. Modul IV. Pengujian Alat
4.1 Pengujian Alat Heart Rate
Perangkat ini akan menghitung frekuensi aliran darah yang mengalir selama 60 detik, sebanyak 5 pasien dengan 5 kali pengukuran. Alat yang digunakan sebagai pembanding adalah Mindray Oxymeter. Tabel 1. Hasil perhitungan heart rate
4.2 Pengujian Alat Suhu Badan Menurut referensi yang diperoleh berikut didapatkan perhitungan, setelah dilakukan perbandingan antara hasil yang diperoleh termometer dengan hasil pengukuran maka didapatkan hasil deperti dibawah ini:
Tabel 2. Hasil perhitungan suhu
V. Kesimpulan
Maka dapat diambil kesimpulan : 1. Hasil pengukuran sensor
LM35 dibandingkan pengukuran dengan termometer terdapat nilai error sebesar 1,903 %. 2. Sensor ini sangat peka
terhadap getaran dan cahaya. 3. Pada perangkat ini, bila
dalam monitoring kehilangan satu denyut maka akan menyebabkan kehilangan enam denyut perhitungan. 4. Hasil pengukuran BPM
dibandingkan dengan alat kalibrasi mendapatkan error 0,55%.
(5)
VI. DAFTAR PUSTAKA
[1] Bejo, A., 2008. C&AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C dalam Mikrokontroller ATMega 8535 1st ed., Yogyakarta: Graha Ilmu. [2] Clayton, george & Winder, S.,
2005. Operational Amplifier 5th ed., Jakarta: Erlangga.
[3] Hadiyoso, S., D., 2015. Instrumen Biomedis Berbasis PC 1st ed.,Yogyakarta: Gava Media.
[4] Farisandi, F., 2014. Patient Diagnostic Portable. Elektromedik Poltekkes Kemenkes Surabaya. [5] Herman, Irving, P., 2007.
Physics of Human Body, Berlin: Springer.
[6] Kasper, L.,Deni, dkk, 1988. Harrison’s Manual Of Medicine 16th ed., New York: McGraw-Hill.
[7] Saiful, H., 2012. Monitoring BPM dengan Menggunakan Wireless Berbasis
Mikrokontroller AVR ATTINY 2313. Elektromedik Poltekkes Kemenkes Surabaya.
[8] Triwiyanto, 2011. Petunjuk Praktikum Mikrokontroller AVR. Surabaya: Elektromedik.
VII. BIODATA PENULIS
Fajar Ahmad Fauzi. Kab. Semarang, 6 juli 1994. Sekarang masih belajar difakultas vokasi program studi teknik elektromedik UMY.
(6)