PERANCANGAN BIOINSTRUMENT HEART RATEMONITOR SEPULUH DENYUT PER SATUAN WAKTU DENGAN TRANSMISI RADIO FREKUENSI (RF)
commit to user
PERANCANGAN BIOINSTRUMENT HEART
RATEMONITOR SEPULUH DENYUT PER SATUAN WAKTU
DENGAN TRANSMISI RADIO FREKUENSI (RF)
Skripsi
Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ESHA DARWINSA NIM. I0306034
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2011
(2)
commit to user ABSTRAK
Esha Darwinsa. NIM I0306034. PERANCANGAN BIOINSTRUMENT HEART RATE MONITOR SEPULUH DENYUT PER SATUAN WAKTU DENGAN TRANSMISI RADIO FREKUENSI (RF).Skripsi. Surakarta: Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Juni 2011.
Energi yang dibutuhkanolehseseorangbervariasimenurutumur,
jeniskelamin, danaktivitasfisik yang dilakukansepanjanghari. Salah
satucaramengukurenergiekspendituraktivitasfisikdilakukandenganmemonitordeny
utjantung.Dalammendapatkan data denyutjantungdiperlukanhea rt rate
monitoruntukmempermudahpengukuran. Padasuatueksperimen, penyimpanan
data hasilpengukuraninipentinguntukdiolahataudianalisislebihlanjut.Di pasaran,
hea rt rate monitor yang dapatmenghitung data
hasilpengukurandenyutjantungpadasaatobjekmelakukanaktivitasdanmempunyaipe
mbacaan yang rea l time sertamempunyaipenyimpan data
hasilpengukuransulitditemukan.Olehkarenaitu,
penelitianinibertujuanuntukmerancanghea rt rate monitoryang
mampumengukurdenyutjantungpadasaatobjekmelakukanaktivitasdenganpembaca
an yang rea l timedanhasilpengukurandapatsimpanpada data storage.
Tahappetamadalampenelitianiniyaitumengidentifikasikarakteristikdanspesif
ikasidesign hea rt rate monitor yang terdapat di pasaran.
Tahapselanjutnyayaitumerancanghea rt rate monitoryang terdiridariperancangan
hardware dan software. Ha rdwa repadaheart rate monitorinimempunyai 5
blokutama, yaitublokhea rt ratetra nsducer, blokpengkondisisinyal, blok data
counting, bloktransmitter, blokreceiver. Softwareheartrate
monitordirancangsebagaidispla yhasilpengukurandansebagaisaranapenyimpan data
hasilpengukuran. Hea rt rate
monitorrancangankemudiandirealisasikandandilakukanpengujianuntukmengukurd
enyutjantung (heart
rate)dariseorangobjek.Pengujianpengukurandenyutjantunginidilakukanterhadap5o
bjekdenganaktivitasberjalankemudianberlari.
Aktivitasberjalankemudianberlaridimaksudkanuntukmelihattingkatperubahannilai denyutjantungberdasarkantingkataktivitasfisik yang dilakukan
Penelitianinimenghasilkanhea rt rate monitordengantransmisiRadio
Frekuensi (RF)yang telahdiujiuntukmengukurdenyutjantung.
Hasildaripengukuranberupa data denyutjantungyang
disajikandalambentukgrafik.Grafikdenyutjantungmemberikanpolaperubahankecep
atandenyutjantung yang sesuaidengantingkataktivitasfisik yang
dilakukanolehobjekpengukuran.Software darihea rt rate
monitorinihanyasebagaipenyimpan data. Data hasilsimpanan software
inimenggunakan format Ms. Accesssehinggauntukmengolah data harus di
konversidalamMs.excel.
Kata kunci: Hea rt rate monitor,Radio frequency (RF)
(3)
commit to user Daftarpustaka: 22 (1991 - 2010)
ABSTRACT
Esha Darwinsa. NIM I0306034. THE DESIGN OF HERAT RATE MONITOR TEN BEAT PER UNIT OF TIME WITH RADIO FREQUENCY (RF) TRANSMISSION. Final Assignment. Surakarta: Industrial Engineering Department, Faculty of Engineering, SebelasMaret University, June 2011.
The energyrequiredby apersonvariesaccording toage, sex, andphysical
activitythroughout theday. One way
ofmeasuringphysicalactivityenergyexpendituresby monitoring theheart rate.In
obtainingthe dataheartrateneeded heart ratemonitorforeasymeasurement.
Inanexperiment, data result from measurement isan importanttobe
processedoranalyzed further. In the market, heartratemonitorthatcan measureheart
ratewhenobjectsdoing an activities
andhavearealtimereadingandstoringmeasurement datahavehard to find. Therefore,
thisstudyaimstodesign aheartratemonitorthatcanmeasureheart rateatthe
objectdoing an activitywithreal-time readingsandthe measurement resultscan bestoredindatastorage.
The first stageinthis studyisto identifythe
characteristicsanddesignspecificationscontainedin heart ratemonitorsonthe market.
The next stageisdesigning
theheartratemonitorconsistingofhardwareandsoftwaredesign. Hardwareon
theheartratemonitorhas 5mainblocks, namelyheartrate transducer block, signal conditioningblock, datacounting block, transmitter block,andreceiverblocks. Softwaredesignedas aheartratemonitordisplayandmeasurement result datastorage.
Heartratemonitordesignedthenimplementedand testedtomeasureheart
rateofanobjects. The tests forheart ratemeasurementwas carried
outagainst5objectswith the activity ofwalkingand thenrunning.
Activitiesintendedto walkand thenrunto see thelevelof changes inheart ratebased on thelevel ofphysical activity.
The result is heart ratemonitorwithRadioFrequency(RF) transmission thathave been tested tomeasureheart rate. Results from measurements of heart rate data are presented in graphical form. The graph of heart rate gives patterns of changes heart rate corresponding to the level of physical activity ofmeasurementobject. Software from this heart rate monitor is only as data storage. Outcome data storage software uses a Ms.Accessformat,so to process measurement data must be converted in Ms.excel format.
Key word: Hea rt rate monitor,Radio frequency (RF)
xvi + 66 p.; 46 pictures; 6 ta bles Reference: 22 (1991 - 2010)
(4)
commit to user
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LatarBelakangPenelitian...I-1
1.2 PerumusanMasalah ...I-3
1.3 TujuanPenelitian ...I-3
1.4 ManfaatPenelitian ...I-3
1.5 BatasanMasalah ...I-3
1.6 AsumsiPenelitian ...I-4
1.7 SistematikaPenulisan ...I-4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1Aktivitas Fisik Terhadap Energi Tubuh ... II-1
2.2Cara Pengukuran Energy Yang DigunakanTubuh ... II-2
2.2.1 Denyutjantung ... II-2 2.2.2 Energi expenditur ... II-4
2.3Heart Rate Monitor ... II-6
2.4Sisitem Instrumentasi ... II-8
2.4.1 Transducer (Sensor) ... II-9 2.4.2 Power suplay (catu daya)... II-9 HALAMAN JUDUL ...
LEMBAR PENGESAHAN ... LEMBAR VALIDASI ... SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH ... SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... KATA PENGANTAR ... ABSTRAK ... ABSTRACT ... DAFTAR ISI………...
i ii iii iv v vi viii
ix x DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR GAMBAR... xiv
(5)
commit to user
2.4.3 Signal conditioner (Pengkondisian sinyal) ... II-10 2.4.4 Mikrokontroler ... II-13 2.4.5 Wireless Media ... II-16 2.4.6 Interface tool ... II-17
2.5Penelitian Sebelumnya ... II-19
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Identifikasi ... III-2
3.2 PengumpulanData ... III-2
3.3 Pengolahan Data ... III-4
3.4 AnalisisDan InterpretasiHasil ... III-4
3.5 Kesimpulan Dan Saran ... III-5
BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
4.1 Pengumpulan Data ...IV-1
4.1.1Identifikasi Heart Rate Monitor Sebelumnya ...IV-1
4.1.2Spesifikasiteknik heart rate monitor...IV-3
4.2 Perancangan hardware dan software interface ... IV-17
4.2.1Blok heart rate tarnsduser ...IV-6
4.2.2Blok pengkondisiansinyal ...IV-8
4.2.3Blok data counting...IV-9
4.2.4Blok transmitter (pemancar) ... IV-13
4.2.5Blok receiver (penerima) ... IV-15
4.2.6Rancangan hardware keseluruhan ... IV-17
4.2.7Perancanagn Software interface ... IV-19
4.3 Percobaan Pengambilan Data Heart Rate ... IV-22
4.3.1HasilPengukuranpadaobjek 1 ... IV-22
4.3.2HasilPengukuranpadaobjek 2 ... IV-24
4.3.3HasilPengukuranpadaobjek 3 ... IV-26
4.3.4HasilPengukuranpadaobjek 4 ... IV-27
(6)
commit to user BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL
5.1 AnalisaRancanganHeart Rate Monitor ... V-1
5.2 AnalisisHasilPembacaan Heart Rate Monitor... V-3
5.3 InterpretasiHasil ... V-4
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan...VI-1
6.2 Saran ...VI-1
(7)
commit to user
DAFTAR TABEL
Table 2.1Klasifikasikerjaberdasarkan %CVL ... II-4
Tabel 4.1 Data denyutnadiobjek 1... IV-23
Tabel 4.2 Data denyutnadiobjek 2... IV-24
Tabel 4.3 Data denyutnadiobjek 3 ... IV-26
Tabel 4.4 Data denyutnadiobjek 4... IV-28
Tabel 4.5 Data denyutnadiobjek 5... IV-29
(8)
commit to user
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Aliranperedarandarah ... II-3
Gambar 2.2 Total energy expenditur ... II-5
Gambar 2.3 Heart rate monitor ... II-7
Gambar 2.4 Finger clip sensor ... II-8
Gambar 2.5 Blok diagram secaraumuminstrumentasielektronik ... II-8
Gambar 2.6 Bentukgelombang FSK... II-12
Gambar 2.7 Blok diagram mikrokontroler (AT89s51) ... II-15
Gambar 2.8 Diagram deteksidenyutjantung ... II-19
Gambar 2.9 Transmisi data wireless ... II-20
Gambar 2.10 Diagram blokskema transmitter dan receiver ... II-20
Gambar 3.1 Metodologipenelitian ... III-1
Gambar 4.1 Diagram blokdeteksidenyutjantung ...IV-1
Gambar 4.2 Perangkat heart rate ...IV-2
Gambar 4.3 Diagram blokskema transmitter dan receiver ...IV-2
Gambar 4.4 Blok diagram heart rate monitor ...IV-5
Gambar 4.5 Prinsip finger clip sensor ...IV-7
Gambar 4.6 Desain finger clip sensor ...IV-7
Gambar 4.7 Realisasirancanganbloktransduser ...IV-8
Gambar 4.8 Perhitungan 1 siklusdenyut ... IV-10
Gambar 4.9 Flowchart program perhitungandenyut ... IV-11
Gambar 4.10 Rangkaianblokperhitungandenyut ... IV-12
Gambar 4.11a) Gambarblokpengkondisisinyal,
b) Gambarblokcounting data ... IV-12
Gambar 4.12 Realisasiperancanganblokpengkondisisinyaldan
blok counting data... IV-13
Gambar 4.13 Pemancar RF dengantipe TLP434 A ... IV-13
Gambar 4.14 Rangkaian Blok pemancar RF ... IV-14
Gambar 4.15 Format data pemancar ... IV-15
Gambar 4.16 Realisasirancanaganblok transmitter ... IV-15
Gambar 4.17 Penerima RF dengantipe RLP 434A... IV-16
(9)
commit to user
Gambar 4.18 Rangkaianblokpenerima RF ... IV-16
Gambar 4.19 Realisasirancanagnblok receiver ... IV-17
Gambar 4.20 Realisasirancanganbloktranducer, pengkondisisinyal,
blok counting dantransmiter ... IV-18
Gambar 4.21 Realisasiblok receiver ... IV-13
Gambar 4.22 Rancanagan interface heart rate monitor ... IV-13
Gambar 4.23 Posisirancanagn interface heart rate monitor ... IV-14
Gambar 4.24 Grafikhasilpengukuran data bpmobjek 1... IV-23
Gambar 4.25Grafikhasilpengukuran data 10 denyut per satuan
waktuuntukobjek 2 ... IV-24
Gambar 4.26 Grafikhasilpengukuran data bpmobjek 2... IV-25
Gambar 4.27 Grafikhasilpengukuran data 10 denyut per satuan
waktuuntukobjek 2... IV-25
Gambar 4.28 Grafikhasilpengukuran data bpmobjek 3... IV-26
Gambar 4.29 Grafikhasilpengukuran data 10 denyut per satuan
waktuuntukobjek 3... IV-27
Gambar 4.30 Grafikhasilpengukuran data bpmobjek 4... IV-28
Gambar 4.31 Grafikhasilpengukuran data 10 denyut per satuan
waktuuntukobjek 4... IV-29
Gambar 4.32 Grafikhasilpengukuran data bpmobjek 5... IV-30
Gambar 4.33 Grafikhasilpengukuran data 10 denyut per satuan
waktuuntukobjek 5... IV-30
Gambar 5.1 Grafikbpmdalamaktivitasjalankemudianberlari ... V-3
Gambar 5.2 Grafik 10 denyut per satuanwaktudalamaktivitasjalan
(10)
commit to user
I-1
BAB I
PENDAHULUAN
Padababinidiuraikanbeberapahalpokokmengenaiperancanganbioinstrument
hea rt rate monitor, yaitulatarbelakangpenelitian, perumusanmasalah,
tujuandanmanfaatpenelitian, batasanmasalahdanasumsi,
sertasistematikapembahasan.
1.1 LATAR BELAKANG
Energiyang diperlukan olehseseorang
bervariasimenurutumur,jeniskelamin,danaktivitasfisik
yangdilakukansepanjanghari. Salah satucaramengukur energi ekspendituraktivitas
fisik dilakukan dengan memonitor denyut jantung. Memonitordenyut
jantungsecaraterus-menerus, dapatdigunakan untuk memperkirakan nilai
VO2yaitu volume oksigen yang di
konsumsiataudiperlukanuntukaktivitas.Sehinggadengan menggunakanpersamaanstandar
ca lorimetrichubunganantaradenyutjantungdanenergi ekspenditurdapatdibentuk
(RowettResea rch Institute, 1992).
Dalampenentuanenergi ekspenditur digunakan parameter
indekkenaikanbilangankecepatandenyutjantung.Indekinimerupakanperbedaananta rakecepatandenyutjantungpadawaktukerjatertentudengankecepatandenyutjantungp adasaatistirahatdimanapeningkatan denyut jantung tersebutberkaitan dengan meningkatnya level pembebanan kerja.
Hea rt rate merupakan representasi dari denyut nadi per satuan waktu dari suatu objek (Wikipedia, 2010). Pengukuran denyutjantungdari suatu objek mempunyai pola tertentu dalam mencapai suatu denyut persatuan waktu data pengukuranmewakilitingkat kelelahan dari objek tersebut. Data denyutjantungini memberikan informasi tentang energi ekspenditur dan tingkat kelelahan dari suatu objekdalammelakukansuatuaktivitas.
Dalam mendapatkan data denyutjantungdiperlukan suatu alat
monitoringhea rt rate.Dipasaran hea rt rate monitorini
(11)
commit to user
I-2
rate monitor.Pada POLAR heart rate monitormenggunakanelektrodaberupasabuk
yang diletakkan di dada untukmengukurdenyutnya, untuk system
perhitungandenyutnyasamasepertihea rt rate monitordipasaran yang lain
yaitudenganmembacadenyutdalamsesaatkemudiandigunakan sampling
untukmengukurdenyutdalam 1 menit. TIMEX hea rt rate monitormempunyaicara
yang serupadengan POLAR dalamhalpembacaannamununtuk sensor
pengukurdenyutjantungdimodifikasi agar lebihnyaman. Keduahea rt rate monitor
monitor tersebuttidakdilengkapipenyimpan data hasilpengukurandan sensor yang
digunakandapatterganggusaatmembacaketikabadanpenggunabergerak. Segi
fungsionalitas, hea rt rate monitor yang terdapat dipasarankurang sesuai untuk
kepentingan pengambilan data suatu objek pada suatu eksperimen.
Hea rt ratemonitor dipasaran dalam pembacaan denyut jantung dalam satu menit menggunakan metode perhitungan frekuensi aliran darah yang mengalir selama 10 detik, dimana hasil yang diperoleh dikalikan 6, jadi total waktu yang diperoleh adalah 1 menit (Erliyanto, 2008). Sehinggadalam pembacaan tentu saja
terdapat perbedaan dari hea rt rate yang sebenarnya selama satu menit.
Hea rt Rate Monitor yang terdapat di
pasaranmemilikibeberapakekurangandalampembacaan data yang tidak rea l time
terhadap waktudanpembacaan data
saatobjekmelakukansuatuaktivitassepertiberjalandanjalancepat.Hal
inisulitdilakukankarena data hasilpembacaandenyutjantungdi pasaran tidak dapat
disimpan dalam datastora ge.Dalamsuatueksperimen,penyimpanan data
hasilpengukuraninipentinguntukdiolahataudianalisislebihlanjut.Di pasaran,hea rt
rate monitor yang
dapatmenghitungdenyutjantungpadasaatobjekmelakukanaktivitasdanmempunyaip
embacaan yang rea l time sertamempunyaipenyimpan data
hasilpengukuranjarangditemukan.
Oleh karena itu hea rt rate monitor ini harus dirancang secara integral antara
pembacaan atas waktu (rea l time) dengan data yang dapat ditampilkan dari hasil
pengukuran objek. Denyutjantunghasil pengukuraninidapat dibaca melalui
(12)
commit to user
I-3
yang diterima reciever untuk selanjutnya disimpan pada
datastora geuntukselanjutnyadiolahsehinggadidapatkaninformasi yang diperlukan. Berdasarkan gambaran ini data denyutjantungdalam analisa aktivitas fisik objek yang berkaitan dengan penggunaan energi maka dari penjelasan diatas
diperlukan perancangan perangkat hea rt rate monitor dengan sistem
pembacaanyang dapatmembaca data padaaktivitaskeseharianobjekdengan
menggunakan sensoryang dapatmelihatperubahanalirandarahpadajari. Sensor
inimenggunakanprinsipfrekuensi irama aliran darah pada pembuluh darah jari
yang padadasarnyamerupakanrepresentasifrekuensidenyutjantung.Sensor
ininantinyaakandijepitkanpadajaridalampenggunaanya.
Data hasil pembacaan dari sensor akan ditranmisikan dengan menggunakan
wireless.Penggunaanwirelessdimaksudkan agar tidakmengganggugerak yang
dilakukanobjekpenelitianselamaberaktivitas. Data
inikemudianditerimarecieverdan ditampilkan pada LCD yang dihubungkandengan
perangkatPC unit yang selanjutnya disimpan pada data storage, sehingga data
inidapatdiolahuntukanalisisfisiologiobjek.
1.2PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan uraianmasalahdi atas maka perumusan masalah
padapenelitianiniadalah bagaimanamerancanghea rt rate monitor yang
dapatmenghitungdenyutjantungpadasaatobjekmelakukanaktivitasdenganpembacaa
n yang rea l timedanhasilpengukurandapatdisimpanpadastora ge.
1.3TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dalammerancang alat hea rt rate monitordengandenganpembacaan
yang rea l timedanhasilpengukurandapatdisimpanpadastora ge
melaluitahapan-tahapan,sebagaiberikut:
1. Mendesain sistem akuisisipembacaan komputer dan analog.
2. Mendesain sistem transmisi radio frekuensi antara tra nsmitter dan receiver
untuk data storage hasil pengukuran.
3. Melakukanvalidasidata penerimaan dari objek atas pengiriman data
denyutjantung dalam aktivitas fisik objek.
(13)
commit to user
I-4
Manfaat yang dicapai dalam perancangan alat hea rt rate monitorini,yaitu:
1. Menghasilkan perangkat hea rt rate monitor berbasis infra red sensor dan foto
dioda (finger clip sensor)dengan sistem pengiriman data melalui Radio
Frekuensi (RF) pada sistemdata stora gekomputer.
2. Memperoleh data hea rt rate secara rea l timedalam segala aktivitas objek.
1.5BATASAN MASALAH
Batasan masalah dari perancangan alat hea rt rate monitorinisebagai
berikut:
1. Perangkat hea rt rate monitor ini menggunakansensor finger
clip(dijepitkanpadajari)yang menggunakan prinsipfotodiodadaninfra red untuk
pembacaan denyut jantung .
2. Transmisi antara sensor denyut dan displa y mengunakan Radio Frekuensi
(RF) yang terdiri atas transmitter dan receiver dengan stora ge
datasebagaipenyimpan data.
3. Bit yang digunakandalammikrokontrollersebesar 8 bit data, 4 bit data
hasilpengukurandan 4 bit hea dertransmisi data.
4. Pada percobaan pengukuran dilakukan pada 5 orang responden dengan
beraktivitas jalan kemudian berlari untuk melihat perbedaan denyut jantung.
1.6ASUMSI PENELITIAN
Asumsi-asumsi yang digunakan pada perancangan alat hea rt rate monitor
untuk mendekatkan segi teoritis dengan kondisi sebenarnya, sebagai berikut:
1. Frekuensi dari sumber arus (power supply) kecilpengaruhnyapadaproses
transmisi dan pembacaan data.
2. Perangkat hea rt rate monitor ini menggunakan metode 10 denyut per satuan
waktu untuk pengukuran denyut jantung objek.
1.7SISTEMATIKA PENULISAN
Sistematikapenulisandibuat agar
dapatmemudahkanpembahasanpenyelesaianmasalahdalampenelitianini.Penjelasan mengenaisistematikapenulisandibawahini.
(14)
commit to user
I-5
Bab inimenguraikanberbagaihalmengenailatarbelakangpenelitian,
perumusanmasalah, tujuanpenelitian, manfaatpenelitian,
batasanmasalah, asumsidansistematikapenulisan.
BAB II: TINJAUAN PUSTAKA
Bab inimenguraikanteori-teori yang dipakaiuntukmendukungpenelitian, sehinggaperhitungandananalisisdilakukansecarateoritis.Tinjauanpustaka
diambildariberbagaisumber yang
berkaitanlangsungdenganpermasalahan yang dibahasdalampenelitian. BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Bab iniberisilangkah-langkahdalamperancanganperangkatalathea rt rate
monitordengansistem pembacaan menngunakan sensor finger clip yang
dijepitkanpadajaridengan transmisi data mengunakan
wirelesssecaraumum yang
berupagambaranterstrukturdalambentukflowcha rtsesuaidenganpermasal
ahan yang adamulaidaristudipendahuluan, pengumpulan data
sampaidenganpengolahan data dananalisis.
BAB IV: PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
Bab inimemuattahappengumpulan data denganstudiliteratur,
studilapangandanwawancarauntukmemperolehkarakteristikdanspesifika
si yang sesuaidenganperumusanmasalah.Bab
inijugaberisitentangperancangan yang
dilakukansetelahmelakukanpengumpulan data
yaitumerancanghardwa redanjugasoftwa re.Bioinstrumenthea rt
ratemonitoriniterdiridari 2 bagianpentingyaituha rdwa re yang
terdiridariblokpemancar, blokpenerima, dansoftwa re yang
digunakanmenyimpanhasilpengukurankestoragedata.
(15)
commit to user
I-6
Babinimemuaturaiananalisisdan interpretasihasildariperancangan dan
percobaanpengukuranmenggunakanhea rtrate monitoryang
telahdirancang.
BAB VI: KESIMPULAN DAN SARAN
Bab inimenguraikan target
pencapaiandaritujuanpenelitiandankesimpulan yang
diperolehdaripembahasanmasalah. Bab inijugamenguraikan saran
(16)
commit to user
I-7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas mengenai konsep dan teori yang digunakan dalam penelitian, sebagai landasan dan dasar pemikiran untuk membahas serta menganalisa permasalahan yang ada.
2.1 AKTIVITAS FISIK TERHADAP ENERGI TUBUH
Secara garis besar, kegiatan-kegiatan kerja manusia dapat digolongkan menjadi kerja fisik (otot) dan kerja mental (otak) dengan intensitas yang berbeda. Tingkat intensitas yang terlampau tinggi memungkinkan pemakaian energi yang berlebihan.Sebaliknya intensitas yang terlalu rendah menimbulkan rasa bosan dan jenuh. Karena itu perlu diupayakan tingkat intensitas yang optimum yang ada diantara kedua batas ekstrim dan tentunya untuk tiap individu berbeda.
Pemisahan antara kerja fisik dan mental tidak dapat dilakukan secara sempurna, karena saling berhubungan erat. Dilihat dari energi yang dikeluarkan, kerja mental murni relatif lebih sedikit mengeluarkan energi dibandingkan dengan kerja fisik. Kerja fisik mengakibatkan pengeluaran energi yang berhubungan erat dengan konsumsi energi.Wignjosoebroto (1991) menyatakan aktivitas fisik merupakan suatu kegiatan yang memerlukan usaha fisik manusia yang kuat selama periode kerja berlangsung.
Aktivitas fisik yang dilakukan secara terus menerus sering disebut dengan aktivitas kardiovaskuler. Aktivitas kardiovaskuler merupakan kegiatan yang dilakukan oleh seseorang saat beraktivitas dengan pola yang ritmis dan terus menerus pada suatu periode waktu tertentu. Selama aktivitas kardiovaskuler dilakukan, jantung memompa darah ke seluruh otot dalam tubuh manusia.
Aktivitas fisik menyebabkan pengeluaran energi yang berhubungan erat dengan konsumsi energi. Dalam hal penentuan konsumsi energi, biasanya digunakan parameter indek kenaikan bilangan kecepatan jantung. Indeks ini merupakan perbedaan antara kecepatan denyut jantung pada saat istirahat dengan kecepatan denyut jantung pada waktu bekerja (Sulistyadi dan Susanti, 2003).
Menurut Grandjean (1993), konsumsi energi (kalori) merupakan indikator terhadap beban kerja dan dapat digunakan untuk mengukur waktu istirahat dan
(17)
commit to user
I-8
membandingkan tingkat efisiensi pekerjaan dari beberapa perbedaan alat dan metode yang digunakan dalam melakukan pekerjaan.
2.2 CARA PENGUKURAN ENERGI YANG DIGUNAKAN TUBUH
Aspek psikologi dalam suatu pekerjaan dapat berubah setiap saat.Banyak faktor-faktor yang mempengaruhi perubahan psikologi tersebut.Faktor-faktor
tersebut dapat berasal dari dalam diri pekerja (interna l) atau dari luar diri pekerja
atau lingkungan (eksterna l).Dalam kerja fisik, manusia menghasilkan perubahan
dalam konsumsi oksigen, hea rt rate, temperatur tubuh dan perubahan senyawa
kimia dalam tubuh. Oleh karena itu dilakukan beberapa pengukuran energi tubuh. 2.2.1 Denyut Jantung
Jantung merupakan organ tubuh yang berfungsi memompa darah ke seluruh tubuh. Darah yang dipompa membawa makanan yang diperlukan otot. Selain ituadanya sirkulasi darah, zat-zat sampah yang berbahaya bagi tubuh dapat dikeluarkan. Jantung bekerja diluar kemauan dan memiliki kemampuan khusus. Proses keluar masuknya darah ke jantung menghasilkan denyut jantung.
Proses aliran darah yaitu pertama kali 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.Pembuluh darah Aorta yang terdiri dari berbagai cabang dimana urutan pembuluh yang terbesar sampai terkecil adalah arteri, arteriol, dan kapiler.Gambar dari alur tersebut dapat dilihat pada gambar 2.1 Frekuensi kerja denyut jantung itu dasarnya ditentukan oleh frekuensi aliran darah yang masuk dalam jantung yang berasal dari vena yang mana kondisinya berbanding lurus dan faktor–faktor luar.
(18)
commit to user
I-9
Atrium kanan Atrium kiri
Ventrikel kanan
Ventrikel kiri
Paru-paru kiri Paru-paru
Kanan
Jaringan
Gambar 2.1Aliran peredaran darah Sumber: Erliyanto, 2008
Monitoring denyut jantung dapat dilakukan menggunakan teknik langsung (direct) ataupun tidak langsung (indirect). Secara langsung dilakukan dengan melakukan pengukuran pada jantung itu sendiri. Sedangkan secara tidak langsung dengan memanfaatkan pembuluh darah yaitu melakukan sadapan atau sensor pada aliran darah tersebut.Pada jari tangan manusia terdapat pembuluh darah, yang mana frekuensi atau irama aliran darah yang mengalir merupakan representasi dari frekuensi denyut jantung itu sendiri, dengan catatan bahwa jantung tersebut tidak dalam kondisi kritis (Erliyanto, 2008).
Konsumsi energi dapat diukur secara manual dengan metode sepuluh denyut jantung (Tarwaka dkk., 2004).
60 x n perhitunga waktu
denyut 10
Jantung
Denyut = ... (2.1)
Setelah didapatkan nilai dari denyut jantung masing-masing aktivitas, tingkat peningkatan denyut jantung akibat aktivitas kardiovaskuler (Tarwaka, 2004).
100% x istirahat) denyut
maksimal (denyut
istirahat) denyut
kerja (denyut %CVL
(19)
commit to user
I-10
Hasil perhitungan % CVL tersebut kemudian dibandingkan dengan % CVL yang telah ditetapkan dalam tabel 2.1.
Tabel 2.1 Klasifikasi kerja berdasarkan % CVL
% CVL Keterangan
< 30 % Tidak terjadi kelelahan
30% - 60% Diperlukan perbaikan 30% - 80% Kerja dalam waktu singkat 80% - 100% Diperlukan tindakan segera
> 100% Tidak diperbolehkan melakukan aktivitas
Sumber: Tarwaka dkk., 2004 2.2.2 Energi Ekspenditur
Manusiamengoksidasi dengan cara metabolisme karbohidrat, protein, lemak, dan alkohol untuk menghasilkan energi,yaitu:
1. Memelihara fungsi tubuh seperti untuk bernafas, menjaga denyut jantung,
menjaga tubuh tetap hangat dan semua fungsi berjalan normal.
2. Aktivitas fisik seperti untuk gerak perpindahan dan kontraksi otot.
3. Pertumbuhan dan pembaruan yang membutuhkan pembuatan jaringan baru.
Energi diukur dalam satuan joule atau kalori. Satu joule (J) ditetapkan sebagai energi yang digunakan saat memindahkan berat 1 kilogram (kg) sejauh 1 meter (m) dengan kekuatan 1 newton (N). Satu kalori ditetapkan sebagai energi
yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur dari 1 gram (gr) air dari 14.5oC
sampai 15.5oC. Dalam prakteknya, kedua satuan tersebut digunakan secara
berbeda dalam pengukuran cairan. Satu kalori setara dengan 4.184 joule. Manusia menggunakan energi dalam jumlah besar, karena itu para ahli nutrisi menggunakan satuan yang lebih besaryaitu kilojoule.
1 kilojoule (kJ) = 1000 joule
1 megajoule (MJ) = 1000000 joule 1 kilokalori (Kkal)= 1000 kalori
Untuk mengubah menjadi satuan yang lain, yaitu:
1 kKal = 4.184 kJ
(20)
commit to user
I-11
Terdapat tiga tingkat energi fisiologis yang umum yaitu istirahat, limit kerja
a erobik dan kerja a na erobik. Pada tahap istirahat, pengeluaran energi yang diperlukan untuk mempertahankan kehidupan tubuh disebut Tingkat Metabolisme
Basal (Ba sa l Meta bolic Ra te, BMR). Hal tersebut mengukur perbandingan
oksigen yang masuk ke dalam paru-paru dengan karbon dioksida yang keluar. Berat tubuh dan luas permukaan adalah faktor penentu yang dinyatakan dalam kilokalori/area permukaan/jam. Rata-rata manusia yang mempunyai berat 65 kg
dan mempunyai area permukaan 1.77 m2 memerlukan energi sebesar 1 kilokalori
per menit. Sedangkan suatu kerja disebut aerobik bila suplai oksigen pada otot sempurna. Jika suplai tidak sempurna, sistem kekurangan oksigen dan kerja menjadi anaerob. Hal ini dipengaruhi oleh aktivitas fisiologis yang dapat ditingkatkan melalui latihan.
Energi ekspenditur (EE) laki-laki dan wanita selama satu hari penuh dibagi
menjadi komponen yang berbeda, terdiri dari ba sa l meta bolic rate (BMR), diet
induced thermogenesis (DIT), dan physica l a ctivity (PA).
Gambar 2.2 Total energi ekspenditur
Sumber: Rowett Research Institute, 1992
Prosentase komponen energi ekspenditur yang dikeluarkan untuk
melakukan aktivitas a ctive dan ina ctive berbeda satu dengan yang lain. Untuk
melakukan aktivitas ina ctive, prosentase komponen total energi ekspenditur pada
BMR lebih besar dibanding physica l a ctivity (PA). Hal ini dikarenakan, saat
aktivitas inactive tubuh lebih banyak istirahat daripada beraktivitas fisik.Aktivitas
a ctive, prosentase BMR lebih kecil dari physica l a ctivity (PA) karena tubuh lebih banyak melakukan kegiatan fisik.
(21)
commit to user
I-12
Bilangan nadi atau denyut jantung merupakan peubah yang penting dan pokok baik dalam penelitian lapangan maupun penelitian laboratorium. Dalam hal penentuan konsumsi energidigunakan parameter indek kenaikan bilangan kecepatan denyut jantung. Indek ini merupakan perbedaan antara kecepatan denyut jantung pada waktu kerja tertentu dengan kecepatan denyut jantung pada waktu istirahat. Jumlah total dari energi yang diperlukan oleh individu bergantung pada tingkat aktivitas dan berat badan mereka. Semakin berat dan aktif maka lebih banyak tenaga yang diperlukan.
Dalam merumuskan hubungan antara energi ekspenditur dengan kecepatan denyut jantung, dilakukan pendekatan kuantitatif hubungan antara energi ekspenditur dengan kecepatan denyut jantung dengan menggunakan analisis regresi kuadratis dengan persamaan 2.8.
Y = 1.80411- (0.0229038) X + (4.71733 x 10-4) X 2...(2.3)
dengan, Y : energi ekspenditur (kilokalori/ menit)
X : kecepatan denyut jantung (denyut/ menit)
Setelah diketahui nilai energi ekspenditurnya, maka dapat diketahui pula kebutuhan kalori dalam melakukan suatu kegiatan kerja.
badan ber at kg jam per W
x Y Kalor i
Kebutuhan = 60 / ...(2.4)
dengan; Y : energi ekspenditur (kilokalori/ menit)
W : berat badan (kg)
2.3 HEART RATE MONITOR
Sebuah hea rt rate monitor adalah sebuah alat pemantauan pribadi yang
memungkinkan subjek untuk mengukur denyut jantung mereka secara real time atau merekam denyut jantung mereka untuk studi selanjutnya (Wikipedia, 2010).
Sedangkan menurut www.ehow.com, heartrate monitor merupakan dasar seorang
manusia mengukur denyut jantung dengan memeriksa titik pulsa pada tubuh dan menghitung jumlah denyut per menit.
(22)
commit to user
I-13
Gambar 2.3 Heart rate monitor Sumber: Wikipedia.com, 2010
Monitoring jantung sangat penting dilakukan mengingat tubuh kita secara kontinu melakukan sirkulasi darah ke seluruh organ tubuh lainnya. Dengan mengetahui denyut jantung, dapat mengetahui kondisi kesehatan seseorang. Laju pacu jantung tergantung dari umur dan kondisi manusia itu sendiri. Untuk anak-anak dengan orang dewasa kondisi denyut jantungnya berbeda, begitu juga dengan orang yang sakit maupun orang yang sehat.
Cara termudah untuk mengetahui denyut jantung seseorang adalah meraba denyut nadi. Melaluicara ini pengukuran jumlah denyut yang terjadi dalam 1 menit.Kalangan dokter atau perawat menggunakan metode ini (Erliyanto, 2008).
Hea rt rate monitormodel terbaru terdiri dari block pemantauan satu set
denganelektroda yang dilekatkan di dada. Ada juga, versi modern yang terdiri dari
dua elemen yaitu sensor tali dada dan penerima data detak jantung yang terletak di pergelangan tangan atau ponsel (Wikipedia, 2010).
Sedangkan pada penelitianErliyanto M. (2008) cara kerja secara singkat dari
hea rt rate monitoryaitusalah satu jari tangan dimasukkan ke blok hea rtbeat tra nducer, dimana cahaya LED yang menembus jari tangan akan diterima oleh LDR dan frekuensi aliran darah pada jari akan dideteksi. Data tersebut diolah pada mikrokontroler dan hasilnya ditampilkan pada LCD yang berupa tampilanyang menunjukkan berapa banyaknya denyut jantung setiap menitnya.
(23)
commit to user
I-14
Gambar 2.4 Finger clip sensor
Sumber: www.sensoronics.com
Sensor hea rt rate yang digunakan sebagai tranducer pada jari tangan
disebut finger clip pulse oximetry.Pulse oksimetri didasarkan pada fraksi
perubahan transmisi cahaya selama terjadidenyut nadi pada dua panjang gelombang yang berbeda.Dalamkonfigurasi ini, cahaya pada dua panjang gelombang yang berbeda menerangi satu sisi jari akan terdeteksi pada sisi lain,
setelah melintasi intervensi va scula rjaringan.
2.4 SISTEM INSTRUMENTASI
Sistem pengukuran dapat dilakukan dengan dua cara yaitu secara manual atau dengan menggunakan instrumen atau alat. Adapun sistem instrumen terbagi
pula menjadi dua yaitusistem mekanik dan elektronik. Sistem instrument
elektronik secara garis besar terbagi menjadi 5 bagian dasar yaitu tra nducer,
power supply,signa l conditioner, a mplifier dan recorder.
Gambar 2.5Block diagram secara umum instrumentasi elektronik Sumber: www.klimatologibanjarbaru.com
Perbedaan mendasar dariinstrumentasi medis dan instrumentasi
konvensional terletak pada sumber sinyalnya. Sumber sinyal instrumentasi medis adalah sinyal atau enegi yang berasal dari jaringan hidup sedangkan instrumentasi
(24)
commit to user
I-15
konvensional bersumber dari benda mati. Sedangkan, media operasinya antara
lain Langsung dan Tidak langsung, Sampling dan Kontinu, Digita l dan Ana log,
dan sebagainya(Erliyanto, 2008). 2.4.1 Tranducer (Sensor)
Sensor adalah alat untuk mendeteksi atau mengukur perubahan yang digunakan untuk melihatperubahan variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan
kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor itu sendiri terdiri dari transducer
dengan atau tanpa penguat atau pengolah sinyal yang terbentuk dalam satu sistem. Tranduser adalah suatu peralatananalog yang berfungsi untuk mengkonversi suatu perubahan mekanis atau perubahan fisis yang terukur menjadi besaran listrik sehingga dapatdimonitor.
Karakteristik terpenting sebuah transduser adalah aspek linearitas, sensitivitas, dan temperatur operasional yang ditentukan oleh sensor di dalam transduser, dimana output akhir yang dihasilkan adalah keluaran sinyal listrik. Transduser dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitutranduser pasif dan aktif. Dikatakan tranduser pasif apabila energi yang dikeluarkannya diperoleh seluruhnya dari sinyal masukan. Sedangkan tranduser aktif memiliki sumber
energi tambahan yang digunakan untuk output sinyalnya, adapun sinyal input
hanya memberikan kontribusi yang kecil terhadap daya keluaran. 2.4.2 Power Suplay (Catu Daya)
Tranduser pada dasarnya memerlukan energi atau tenaga untuk dapat beroperasi, sehingga diperlukan sebuah penyuplai daya dalam bentuk
consta ntvoltage atau constant current power supply.Power suppla y dapat diambil langsung dari jalur listrik PLN atau menggunakan sumber listrik lain. Alat elektronik otomatis yang dioperasikan jauh dari jalur listrik PLN, biasanya
menggunakanpower supply dari baterai atau solar cell.Instrumen elektronik
umumnya menggunakan arus searah (DC), sehingga bila sumber tegangan masih
(25)
commit to user
I-16
2.4.3 Signal Conditioner (Pengkondisian Sinyal)
Keluaran Sinyal dari transduser umumnya masih tercampur dengan noise
atau sinyal‐sinyal lain yang bukan bersumber dari objek yang diukur (pa ra sitic
signa l). Bila dibiarkan, hal ini menimbulkan penyimpangan terhadap output data
yang dihasilkan sehingga diperlukanlah sebuah filter yang dapat menghilangkan
sinyal parasit tersebut agar tidak tercampur dengan sinyal data yang diamati.
Filter adalah salah satu komponen yang paling penting dari rangkaian RF.
Semua jenis filter yang digunakan dalam aplikasi RF, termasuk low-pa ss filter,
high-pa ss filters, band-pa ss filter, filter ba nd-stop, dan notch filters. Sebuah filter low-pa ss melewati frekuensi rendah dan frekuensi tinggi. Sebuah high-pass
filtersmelewati frekuensi tinggi dan menolak Frekuensi yang rendah. Sebuah filter ba nd-pa ss memungkinkan sinyal melewati band yang diinginkan. Sebuah ba nd-stop filter menghalangi frekuensi tertentu lewat di luar frekuensi band tersebut.
filternotch menyerupai ba nd-pa ss atau ba nd-stop filter(Eren, 2006). 1. Amplifier.
Amplifier adalah perangkat elektronik yang menghasilkan sinyal output
dengan a mplitudo lebih besar dibandingkan dengan sinyal input. Penguat yang
ideal, sinyal output harus menyerupai bentuk gelombang dan frekuensi dari sinyal input, kecuali amplitudo harus ditingkatkan dengan proporsi set disebut tambahan.
Dalam teknik radio, berbagai a mplifier dirancang dan digunakan. Jenis penguat
RF termasuk low noise a mplifier, power a mplifier, a mplifier pulsa,
bidirectiona la mplifier, a mplifiermultica rrier, a mplifier penyangga, dan
a mplifierpembatas. Sinyal input amplifier dapat menjadi arus, tegangan atau
sinyal lainnya, dan biasanya sinyal output dari sifat yang sama dengan input.
Spesifikasi untuk penguat RF mencakup tiga karakteristik utama yaitu
rentang frekuensi, ga in, dan daya keluaran.Pada penguattegangan,gain adalah
rasio daritegangan keluarandengan tegangan masukansinyal. Dalam current
a mplifiers, gain dinyatakan sebagai rasio output arus ke masukan saat
ini.Demikian pula, dalam power a mplifier, rasio daya keluaran dari daya masukan
(26)
commit to user
I-17
Ada tiga karakteristik yang dimiliki op-a mp hingga berfungsi sebagai
a mplifier ideal yaitu impedansi input yang tinggi, mempunyai penguatan tegangan yang tinggi, impedansi keluaran yang rendah.
2. Modulasi
Modulasi adalah proses penting dalam sistem komunikasi. Sebuah modulator mengubah karakteristik tertentu seperti amplitudo, frekuensi, atau fase,
dan menyiapkan sinyal ca rrier untuk transmisi.Modula tor dikonfigurasi
menggunakan teknologi yang berbeda, tergantung pada kekuatan dan frekuensi sinyal yang ditransmisikan.Modulasi analog terjadi dalam tiga bentuk yang berbeda yaitu modulasi amplitudo (AM), modulasi frekuensi (FM), dan modulasi fasa (PM).
Teknik modulasi digita l dapat dibagi dalam tiga kelompok utama: amplitude
shift keying (ASK), frekuensi shift keying (FSK), dan fase shift keying (PSK),
yang mirip dengan AM, FM, dan PM dalam modulasi analog.Amplitude shift
keyingadalah bentuk sederhana dari AM yang dapat dicapai olehon-offkeying
frekuensi pembawa, di mana on mewakili 1 biner dan off merupakan 0
biner.Walaupun sederhana, metode keying on-off tidak biasa digunakan dalam
transmisi data digital karena variasi signifikan dalam kekuatan sinyal di penerima.Sebuah sinyal data ASK dihasilkan dengan mengalikan data dengan sinyal pembawa, yang secara matematis dapat dinyatakan, yaitu:
㻘Ƽ┸ ┸ cos ┸ c ...(2.7)
dengan;h(t) = A atau 0.
Multiplikasi ini secara efektif menggeser spektrum data ke pusat frekuensi
sama dengan yang dari carrier. Ba ndwidth dari sinyal modulasi adalah dua kali
ba ndwidth sinyal data asli.Frequency shift keyingadalah setara biner FM analog.
Dalam hal ini, bit 0 ditularkan sebagai frekuensi F0 dan biner 1 adalah
ditransmisikan sebagai frekuensi F1, yang sekaligus menjaga amplitudo dari
gelombang RF konstan, seperti yang diilustrasikan pada gambar 2.8. Jadi sinyal
biner efektif memodulasi ca rrier dengan cara yang lebih rumit daripadaba seba nd
sinyal analog kontinu. Dalam prakteknya, perubahan frekuensi hanya beberapa kilohertz.
(27)
commit to user
I-18
Gambar 2.6 Bentuk gelombang FSK Sumber: Eren, 2006
Pha se shift modula tiondikembangkan untuk sistem komunikasi dalam eksplorasi ruang angkasa awal dalam, tapi hari ini, itu digunakan secara luas di militer, industri, dan komunikasi sipil. Dalam metode ini, informasi digital ditularkan dengan menggeser fase dari carrier beberapa di antara nilai-nilai diskrit.Kinerja PSK biner mirip dengan FSK.Namun demikian, ada satu
perbedaan penting antara kedua ba ndwidthdari segi sinyal yang
ditransmisikan,sinyal PSK jauh lebih kecil dari yang di FSK karena transmisi dapat dilakukan pada satu frekuensi.
Bina ry pha se shift keyingsetara dengan PM analog, karena merupakan bentuk lain dari teknik modulasi dua tingkat. Di BPSK, baik frekuensi dan
amplitudo dari ca rrier tetap konstan, dan hanya fase sinyal berubah. Simbol biner
ditransmisikan sebagai fase pergeseran nol atau π radian, maka kedua tingkat
biner adalah 180˚ terpisah dalam tahap. Sebuah bentuk gelombang BPSK dapat
dinyatakan sebagai:
Vc(t)=h(t)cos(ωct)...(2.8)
dengan; h(t) = + A atau–A.
Dalam Differentia l pha se shift keying(DPSK), informasi yang dikirim
ditentukan oleh perubahan fase antara pulsa yang berurutan.Dengan menggunakan fase sinyal pembawa pada interval digit sebelumnya sebagai acuan, fase dari interval digit sekarang dapat ditentukan.Dalam membuat ini, 0 biner ditransmisikan sebagai fase sama dengan digit sebelumnya dan biner 1 adalah ditransmisikan sebagai perubahan fase. Pada sisi penerima, dibandingkan secara continue dengan fase arus digit dari tahap sebelumnya(Eren, 2006).
(28)
commit to user
I-19 2.4.4 Mikrokontroler
Istilah mikrokontroler, mikroprosesor, dan mikrokomputer, akan tetapi mungkin masih ada yang masih belum mengerti perbedaan dari ketiganya.
1. Mikroprosesor.
Mikroprosesor adalah satu bagian dari sistem komputer, mikroprosesor tersebut tidak dapat berdiri sendiri, dan memerlukan memory dan periperal
inputoutput. Salah satu contoh mikroprosesor adalah seperti (micro)prosesor intel 8086, 80256, 80386, 486, pentium1, dll. Mikroprosesor tersebut memerlukan komponen lainnya untuk membentuk suatu sistem mikrokomputer.
2. Mikrokomputer.
Mikrokomputer adalah sistem komputer dimana ke tiga bagian utama dari sistem yaitu prosesor (CPU), Memory (RAM dan ROM), serta antarmuka masukan dan keluaranyang di rangkai pada bagian yang terpisah (tidak dalam satu chip atau IC).
3. Mikrokontroler.
Mikrokontroler merupakan kesatuan dari 3 bauan utama yaituprosesor (CPU), Memory (RAM dan ROM), serta antarmuka masukan dan keluaran yang berada dalam 1 paket.
Mikrocontroler AT89S51 1). Port 0
Port 0 adalah 8 bit open drain bi-directiona l port I/O. pada saat sebagai
portoutput, tiappin dapat dilewatkan ke-8 input TTL. Ketika logika satu
tuliskan pada port 0, maka pin-pin ini dapat digunakan sebagai input yang
berimpendansi tinggi. Port 0 dapat dikonfirmasikan untuk demultiplex sebagai
jalur data /a ddres bus selama membaca ke program eksternal dan memori
data. Pada mode ini P0 mempunyai interna l Pullup.Port 0 juga menerima
kode byte selama pemograman fla sh.Dan mengeluarkan kode byte selama
verifikasi program. 2). Port 1
Port 1 adalah 8 bit bi-directiona l port I/O dengan interna l Pullup.Port 1
mempunyaioutput yang dapat dihubungkan dengan 4 TTLinput. Ketika logika
(29)
commit to user
I-20
pullup dan dapat digunakan sebagaiinput. Port 1 juga menerima a ddres
bawah selama pemrograman fla sh da b verifikasi.
3). Port 2
Port 2 adalah 8 bit bi directiona l port I/O dengan pullup.Port 2 outputbuffer
dapatmelewatkan empat TTL input. Ketika logika satu dituliskan ke port 2,
maka mereka dipullhight dengan internal Pullup dan dapat digunakan sebagai
input. 4). Port 3
Port 2 adalah 8 bit bi directiona l port I/O dengan pullup.Output buffer dari
Port 3 dapatdilewati empat input TTL. Ketika logika satu dituliskan keport 3,
maka akandipullhight dengan interna l pullup dan dapat digunakan sebagai
input. Port 3 juga mempunyai berbagai macam fungsi atau fasilitas.Port 3
juga menerima beberapa sinyal kontrol untukpemrograman Fla sh da b
verifikasi.
5). RST
Input reset. Logika hight pada pin ini akan mereset siklus mesin (IC).Pulsa
output a ddres la tch ena bledigunakan untuk la ntching byte bawah dari
a ddress selama mengakses ke eksternal memory. Pin ini juga merupakan
input pulsa programselama pemrograman fla sh. Jika dikehendaki, operasi
ALE dapat didisa ble denganmemberikan settingbit 0 dari SFR pada lokasi
8EH. Dengan Bit Set, ALE disa ble, tidakakan mempengaruhi jika
mikrokontroler pada mode eksekusi eksternal.
6). PSEN
Program store ena blemerupakan sinyal yang digunakan untuk membaca
programmemory eksternal. Ketika 8951 mengeksekusi kode dari program
memoryeksterna l,PSEN diaktifkan dua kali setiap siklus mesin.
7). EA/VPP
Eksterna l a cces ena ble, EZ harus diposisikan ke GND untuk mengaktifkan
divais untukmengumpankan kode dari program memory yang dimulai pada
(30)
commit to user
I-21
program internal. Pin ini jugamenerima tegangan pemrograman 12 volt (Vpp)
selama pemrograman fla sh.
8). XTAL1
Inputuntukoscilla torinvertinga mplifierdan input untukinterna l clock
untukpengoperaian rangkaian.
9). XTAL2
Output dari invertingoscilla tor a mplifier.
Gamabar 2.7 Block diagram mikrokontroler (AT89S51)
(31)
commit to user
I-22
Gambar 2.7 adalah blok diagram dari mikrokontroler AT89S51, dari gambar 2.7 terlihat bahwa ketiga bagian utama dari sistem mikrokomputer sudah tercakup
semuanya dalam satu chip AT89S51, seperti prosesor (ALU/CPU), memory
(RAM dan Flash), serta 4 port input-output.
2.4.5 Wireless Media
Komunikasi tanpa kabel (wireless) yang mentransmisikan gelombang
elektromagnetik tanpa menggunakan konduktor secara fisik seperti kabel atau
serat fisik. Sinyal dikirimkan secara broa dca st melalui udara (atau air, dalam
beberapa kasus). Berikut ini beberapa layanan pengembangan wireless:
1. Radio frewkuensi (RF)
Modul RF sering digunakan sebagai alat untuk komunikasi data secara
wireless menggunakan media gelombang radio. Biasanya kedua modul ini
dihubungkan dengan mikrokontroler atau peralatan digital yang
lainnya.Jangkauan komunikasi maksimum dari pasangan modul RF ini adalah 100 meter tanpa halangan dan 30 meter di dalam gedung.Ukuran ini dapat dipengaruhi oleh faktor antena, kebisingan, dan tegangan kerja dari pemancar.
Tra nsmitter adalah bagian dari sistem komunikasi wireless yang berfungi untuk mengirimkan data ke tempat lain berupa gelombang radio. Prinsip kerja dari
tra nsmitter ini adalah adanya induksi medan magnetik dari sumber potensial yang
menyebabkan arus dan menginduksi rangkaian lainnya.Receiver merupakan
bagian yang berfungsi untuk menerima sinyal atau data yang dikirimkan oleh
tra nsmitter.
2. Infra Merah
Komunikasi infra merah dicapai dengan menggunakan tra nsmitter/receiver
(transceiver) yang modulasi cahaya yang koheren.Tra nsceiver harus berada dalam jalur pandang maupun melalui pantulan dari permukaan berwarna terang misalnya langit-langit rumah. Satu perbedaan penting antara transmisi infra merah dan gelombang mikro adalah transmisi infra merah tidak dapat melakukan penetrasi terhadap dinding, sehingga masalah-masalah pengamanan dan interferensi yang ditemui dalam gelombang mikro tidak terjadi.Selanjutnya, tidak ada hal-hal yang berkaitan dengan pengalokasian frekuensi dengan infra merah,
(32)
commit to user
I-23
karena tidak diperlukan lisensi untuk itu. Pada ha ndphone dan PC, media infra
merah ini digunakan untuk mentransfer data tetapi dengan suatu standar atau
protokol tersendiri yaitu protocol IrDA. Cahaya infra merah merupakan cahaya
yang tidak tampak. Jika dilihat dengan spektroskop cahaya maka radiasi cahaya infra merah akan nampak pada spektrum elektromagnetik dengan panjang gelombang diatas panjang gelombang cahaya merah.
3. Bluetooth
Teknologi wireless yang mampu menyediakan layanan komunikasi data dan suara dengan jarak jangkauan yang terbatas. Bluetooth adalah sebuah teknologi
komunikasi wireless (tanpa kabel) yang beroperasi dalam pita frekuensi 2,4 GHz
unlicensed ISM (Industria l, Scientific a nd Medica l) dengan menggunakan sebuah
frequency hopping tranceiver yang mampu menyediakan layanan komunikasi data
dan suara secara rea l-time antara host-host bluetooth dengan jarak jangkauan
layanan yang terbatas.
Bluetooth sendiri dapat berupa ca rd yang bentuk dan fungsinya hampir
sama dengan ca rd yang digunakan untuk wireless loca l a rea network (WLAN)
dimana menggunakan frekuensi radio standar IEEE 802.11, hanya saja pada
bluetooth mempunyai jangkauan jarak layanan yang lebih pendek dan
kemampuan transfer data yang lebih rendah. Bluetooth menggunakan salah satu
dari dua jenis frekuensi Sprea d Specturm Ra dio yang digunakan untuk kebutuhan
wireless.Jenis frekuensi yang digunakan adalah Frequency Hopping Spread
Spedtrum (FHSS), sedangkan yang satu lagi yaitu Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) digunakan oleh IEEE802.11xxx. Transceiver yang digunakan
oleh bluetooth bekerja pada frekuensi 2,4 GHz unlicensed ISM (Industria l,
Scientific, a nd Medica l). 2.4.6 Interface Tool
Interfa cing adalah bagian dari disiplin ilmu komputer yang mempelajari teknik-teknik menghubungkan komputer dengan perangkat keras berupa alat elektronika dan lain- lain.Menghubungkan pemroses utama dengan peralatan elektronik lainnya bukanlah persoalan yang mudah. Sebab langsung menghubungkan dengan pemroses utama peralatan, sebagai berikut:
(33)
commit to user
I-24
1. Terdapat beraneka ragam peralatan atau piranti yang memiliki metode operasi
beragam.
2. Laju tra nsfer data dalam piranti seringkali lebih lambat dibandingkan dengan
laju transfer data dengan pemroses utama (mikroprosesor).
3. Piranti seringkali menggunakan format data yang berbeda dengan pemroses
utama (mikroprosesor).
Diperlukan suatu teknik untuk menghubungkan pemroses utama (mikroprosesor) dengan dunia luar. Teknik ini dijalankan melalui 2 perangkat, sebagai berikut:
1. Perangkat lunak, berupa program yakni suatu prosedur tertentu untuk
menjalankan piranti. Dalam dunia komputer, program ini lebih dikenal
sebagai driver/insta ller. Adapula perangkat lunak yang dimasukkan kedalam
perangkat keras yand disebut sebagai firmwa re.
2. Perangkat keras, yakni berupa piranti khusus mulai dari serpih (IC) yang
terintegrasi dalam sebuah papan induk (chipsets-onboa rd), berupa sebuah
port atau bahkan terintegrasi kedalam papan yang ditancapkan pada system
bus (ca rd).
Beberapa bahasa pemrograman yang sering digunakan dalam penyusunan aplikasi
user interfa ce yang berbasis visual miasalnya Delphi, Visua l ba sic, Visua l C dan
bahkan yang berbasis web seperti Ja va.
Bahasa ba sic pada dasarnya adalah bahasa yang mudah dimengerti sehingga
pemrograman di dalam bahasa ba sic dapat dengan mudah dilakukan meskipun
oleh orang yang baru belajar membuat program. Hal ini lebih mudah lagi setelah
hadirnya Microsoft Visua l Ba sic, yang dibangun dari ide untuk membuat bahasa
yang sederhana dan mudah dalam pembuatan scriptnya (simple scripting
la ngua ge) untuk graphic user interfa ce yang dikembangkan dalam sistem operasi
Microsoft Windows (fay-blinkz.webnode.com, 2008).
Visua l ba sic adalah salah suatu development tool untuk membangun aplikasi
di dalam lingkungan windows. Dalam membangun aplikasi Visua l ba sic
menggunakan pendekatan visua l untuk merancang user interfa ce untuk form dan
(34)
commit to user
I-25
2.5 PENELITIAN SEBELUMNYA
Penelitian Erliyanto, 2008 mengemukakan dimana cara kerja secara singkat
hea rt rate monitor adalah salah satu jari tangan dimasukkan ke blok hea rtbeat tra nducer, nantinya cahaya LED yang menembus jari tangan akan diterima oleh LDR yang mana frekuensi aliran darah tersebut yang dideteksi. Data tersebut akan diolah pada mikrokontroler dan hasilnya ditampilkan pada LCD yang berupa grafik dan juga menunjukkan berapa banyaknya denyut jantung setiap menitnya.
Pada jari tangan manusia terdapat pembuluh darah, yang mana frekuensi atau irama aliran darah yang mengalirmerupakan representasi dari frekuensi denyut jantung itu sendiri, dengan catatan bahwa jantung tersebut tidak
dalamkondisi kritis. Jadi monitoring ini bersifat tidak langsung (indirect).
Gambar 2.8 Diagram deteksi denyut jantung Sumber: Erliyanto, 2008
Alat yang dibuat diharapkan mampu memenuhi spesifikasi, yaitu:
a. Dapat menghitung jumlah denyut jantung dalam 1 menit.
b. Dapat digunakan sebagai alat monitor detak / denyut jantung.
c. Terdapat suara navigasi sebagai tanda adanya denyut.
Archana Yarlagadda dari Cypress Semiconductor memberikan terobosan
baru dengan mengunakan transmisi wireless pada hea rt rate monitor yang
dirancangnya bahkan sudah dilengkapi dengan mengunakan sistem stora ge data
yang baik menggunakan computer GUI interfa ce sehingga memudahkan user
dalam pengopaerasiannya. Sistem pembacaan pada penelitian uang dilakukan oleh Cypress Semiconductor ini menggunakan prinsip yang diadopsi dari EKG yang
(35)
commit to user
I-26
hasil pembacaanya dikirim dengan RF yang diberi ta g unik untuk meminimalkan
error saat transmisi.
Gambar 2.9Transmisi data wireless
Sumber: Cypress semiconductor, 2010
Teknologi dari Cypress Semiconductor ini sudah mampu menggunakan satu
penerima sebagai Hub yang mengumpulkan data dari beberapa pemancar yang
berbeda. Hal ini memungkinkan pengawasan dan pengambilan data dengan
beberapa hea rtrate monitor untuk diaplikasikan pada olahraga, rumah sakit, dan
atau penelitian, pengasuh medis, atau supervisor. Metode baru ini membantu baik dalam memfasilitasi pelatihan bagi para atlet kebugaran serta pemantauan jarak jauh pasien.Hal ini juga mengurangi biaya sistem secara keseluruhan.
Menurut Raymond Chan sebuah heart rate monitor dengan sistem wireless
terdiri dari blok deteksi dan blok displa y dimana keduanya berkerja secara
bersamaan dengan menggunakan wirelesslink.
Gambar 2.10Diagram blok skema transmitter dan receiver Sumber: Chan , 2006
(36)
commit to user
I-27
Unit pendeteksian meliputi suatu selubung, tali pengikat untuk memasang selubung pada seorang pemakai, untuk mengukur detak jantung, dan suatu
mikroprosesor untuk menghitung hea rt rate yang didasarkan pada pembacaan
denyut nadi ECG yang dideteksi oleh detector jantung.Pemancar untuk
memancarkan sinyal yang mengindikasikan nilai dari hea rt rate dan mengirim ke
displa y. Unit displa y meliputi penerima untuk menerima sinyal wireless dari unit
detector dan displa y untuk menampilkan nilai hea rt rate yang diterima dari pemancar.
(37)
commit to user
I-28 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Metode penelitian menggambarkan langkah-langkah penelitian yang dilakukan dalam pemecahan masalah. Adapun langkah-langkah penyelesaian masalah adalah seperti dalam gambar 3.1.
Gambar 3.1Metodologipenelitian
Metodologipenelitianpadagambar 3.1
(38)
commit to user
I-29
3.1 IDENTIFIKASI
Dengan studi literatur dan juga studi lapangan untuk memperoleh
karakteristik dan spesifikasi dari bioinstrument hea rt rateyang
sesuaidengankebutuhanyaitu dengan mengindentifikasi penelitian yang dilakukan sebelumnya daninformasi yang diperoleh dari jurnal, buku, artikel dan sumber tertulis lain serta studi lapangan yang dilakukan dengan mencari komponen yang
sesuai dengan spesifikasi bioinstrument hea rt rate.
3.2 PENGUMPULAN DATA
Pengumpulan data dilakukandengancaramencariinformasitentangHea rt rate
monitoryang pernahdibuatdaninformasidaritahapindentifikasi. Informasi yang
didapatkemudiandijadikanbahanuntukmelakukanperancanganhea rt rate monitor
yang terdiridariperancanganha rdwa redansoftwa reuntukhea rt rate monitor.
3.2.1Perancangan Hardware Bioinstrument Heart Rate.
Pada perancangan ha rdwa re sistem dibagi menjadi beberapa bagian
meliputi sensor, blok penerima dan pemancar RF, LCD dan juga power supla y
yang dijelaskan, sebagai berikut:
1. Sensor detak jantung (finger clip).
Dalam sensor ini, LED bersinar memancarkan cahaya merah dan cahaya inframerah melalui jaringan yang nantinya perubahan intensitas dari kedua cahaya ini di terima oleh photo diode dimana intensitas ini mengubah nilai tengangannya terhadap perubahan aliran darah yang terdapat di jari tangan. Sensor ini bekerja pada jari atau telinga. Prinsip sensor ini berdasar pada aliran darah pada jari yang intensitasnya sebanding dengan intensitas pemompaan jantung keseluruh tubuh
yang disesuaikan dengan kebutuhan O2 dalam aktivitas tubuh .
Tujuan dari blok ini adalah sebagai pengkondisi sinyal dari sensor agar
dapatdibacadandiolahpadablokselanjutnya. Blok
inidigunakanuntukmenguatkansinyaldari sensor danberperansebagai filter
untuknoisedaripembacaan sensor. Blok inimenggunakanbaterai 9V sebagaipower
(39)
commit to user
I-30
2. Blok counting.
Blok ini berfungsi sebagai penghitung denyut yaitu waktu untuk 1
kalidenyut. Hasildariperhitunganinidikirimkepemancar RF
untukdikirimkepenerima RF. Untukperhitungan 10 denyut per
satuanwaktudilakukanpadasoftwa re interfa ce.
3. Wireless Media.
Media pengiriman data padapenelitianinimenggunakan media wireless.
Media wireless yang digunakanberupa radio frekuensi. Media
wirelessdengantransmisi infra
merahtidakdapatmelakukanpenetrasiterhadapdindingsedangkan radio frekuensi
(RF)dapatmenembusdinding. Pengiriman data
menggunakaninframerahlebihlambatdibandingkanbluetoothdan radio frekuensi
(RF), sehinggapadapenelitianinidigunakan radio frekuensisebagai media
transmisi.Radio frekuensi (RF) initerdiridari 2 blokutamayaitupemancar
(transmitter) danpenerima (receiver)
Tujuan dari pemancar adalah mengirimataumemancarkan data yang sudahdiprosesdansiapdikirimkan. Penerima berfungsi untuk menerima gelombang yang dipancarkan oleh pemancar untuk kemudianmemilih dan mengubahnya menjadi informasi yang dapat dilihatsesuai dengan data yang ditangkap oleh sistempenerima.Radio frekuensi (RF)merupakanpembawa data daninformasi dari
pemancar ke penerima.Power supply yang digunakanpadapemancar RF
menggunakanbaterai 9V sedangkanpadapenerimamenggunakanbaterai 9V
danjuga adaptor dengankeluaran 12 V.
4. Perangakat displa y.
Perangakat digunakan untuk menampilkan pengukuran secara rea l time oleh
sensor detak jantung. Data analog di konversikan kedalam data digital untuk memperoleh tampilan. Pada pengkonversian data ini dilakuakn penyesuaian nilai data terbaca dengan data yang akan ditampilkan.
3.2.2 Perancangan SoftwareBioinstrument Heart Rate Monitor
Untuk softwa re nantinya dilengkapi dengan fitur penyimpan data yang akan
me-record data secara rea l time. Spesifikasi fungsional perangkat lunak yang
(40)
commit to user
I-31
program.Padaheart rate
monitorinimenggunakanbahasapemrogramanvisua lba sicdengan Visual Basic 6.0
untukpenyusunansoftwareinterfa cedariinstrumentini.
Selainsebagaifiturpenyimpanan data pada software interface
inidilakukanperhitungandenyutdengan10 denyutpersatuanwaktudan beats per menit (bpm) yaitudenyutpersatuanwaktu.
3.3 PENGOLAHAN DATA
Pengolahan data ini berisi tentang perancangan yang dilakukan setelah
melakukan pengumpulan data yaitu dengan mernacang ha rdwa re dan juga
softwareyang nantinya berperan penting dalam pengukuran dengan bioinstrumen
hea rt rate. Bioinstrument hea rt rate ini terdiri dari 2 bagian penting yaitu
ha rdwa re yang terdiri dari sensor detak jantung, blok pemancar RF, blok
penerima RF, dan juga perangkat displa y untuk dispaly rea l time dan kemudian
softwa re berupa program yang menampilkan record dari pengukuran heart rate
ini.
3.3.1 Realisasi Instrument Heart Rate Monitor
Padatahapinihasildarirancanganelektronikmaupunsoftwa re interfa ce
direalisasikandalambentukhardwa remaupunsoftwa reinterfa ce.Ha rdware
direalisasikandenganmenggunakandesainrancangan yang telah di ranacang,
sedamgansoftwa redirealisasikanberdasarkanfungsidankebutuhan yang
disesuaikandenganha rdwa re yang telahdirancang.
3.3.2 Percobaan Pengambilan Data Dan Analisis Hasil
Pada tahap ini dilakukan percobaan pengukuran terhadap realisasi dari hasil
rancangan heart rate monitoruntuk dianalisa bagaimana pola data hasil
pengukuran dalam kaitanya dengan konsistensi alat saat
pengukuran.Percobaanpengambilan data inidilakukanterhadap 5 orang
respondenuntukmelihatpoladari data hasilpengukuran. 3.4 ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL
Pada bab ini dijelaskan analisis dan interprestasi hasil
pengukurandenyutjantung yang dilakukan dengan bioinstrument hea rt rate
(41)
commit to user
I-32
hasilpengukuraniniberdasarkanpercobaanpengambilan data terhadap 5 orang respondenyang dilakukansebelumnya.Analisishasilpengukuraninimelihatdaripola
data yang disesuaikandenganteori yang ada,
dimanadenyutjantungakanbertambahcepatsaatmelakukanaktivitas yang
menuntutkerjadarijantung.
3.5KESIMPULAN DAN SARAN
Tahap terakhir penelitian untuk membuat kesimpulan yang menjawab tujuan akhir dari penelitian berdasarkan hasil perancangan dan analisis hasil pengukuran berupa data yang dianalisis serta saran yang disampaikan untuk dapat semakin meningkatkan kualitas hasil pengukuran dan akomodasi aplikasi yang
(42)
commit to user
I-33
BAB IV
PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
Pada bab ini diuraikan proses pengumpulan dan pengolahan data penelitian meliputi perancangan alat dan hasil perancangan alat. Langkah-langkah hasil pengumpulan dan pengolahan data diuraikan pada sub bab di bawah ini.
4.1 PENGUMPULAN DATA
Data-data yang dikumpulkan dalam penelitian ini adalah data yang
dibutuhkan dalam pengolahan data dan perancangan heart rate monitor yang
diuraikan dalam sub bab di bawah ini.
4.1.1 Identifikasi Heart Rate Monitor Sebelumnya
Penelitian Erliyanto, 2008 mengemukakan cara kerja secara singkat hea rt
rate monitor adalah salah satu jari tangan dimasukkan ke blok hea rtbea t
tra nducer, cahaya LED yang menembus jari tangan akan diterima oleh LDR dan frekuensi aliran darah tersebut yang akan dideteksi. Data tersebut diolah pada mikrokontroler dan hasilnya ditampilkan pada LCD yang berupa grafik yang menunjukkan berapa banyaknya denyut jantung setiap menit.
Gambar 4.1 Diagram blok deteksi denyut jantung Sumber: Erliyanto., 2008
Alat yang dibuat diharapkan mampu memenuhi spesifikasi dalam
menghitung jumlah denyut jantung dalam 1 menit, dapat digunakan sebagai alat pemonitor denyut jantung, danterdapat suara navigasi sebagai tanda adanya denyut.
(43)
commit to user
I-34
Gambar 4.2Perangkat heart beat Sumber: Erliyanto, 2008
Menurut Raymond Chan sebuah heart rate monitor dengan sistem wireless
terdiri dari blok deteksi dan blok displa y dimana keduanya berkerja secara
bersamaan dengan menggunakan wirelesslink. Unit pendeteksian meliputi suatu
selubung, tali pengikat untuk memasang selubung pada seorang pemakai, untuk
mengukur detak jantung, dan suatu mikroprosesor untuk menghitung heart rate
yang didasarkan pada pembacaan denyut nadi ECG yang dideteksi oleh detector
jantung, dan suatu pemancar untuk memancarkan sinyal yang mengindikasikan
ilai dari hea rt rate dan mengirim ke displa y. Unit displa y meliputi penerima untuk
menerima sinyal wireless dari unit detector dan displa y untuk menampilkan nilai
hea rt rate yang diterima dari pemancar.
Gambar 4.3 Diagram blok skematransmitterdan receiver Sumber: Chan, 2006
Kedua penelitian tersebut dijadikan sebagai acuan dalam membuat
rancangan hea rt rate monitor dengan transmisi wireless. Spesifikasi secara teknis
sebuah hea rt rate dengan menggunakan transmisi wireless dari kedua penelitian
sebelumnya, yaitu:
1. Blok transducer yang digunakan sebagai pendeteksi detak jantung melalui
media yang digunakanpada jari, dada, dan lengan.
2. Rangkaian pengkondisian sinyal yang berfungsi sebagai filter dan penguat
penguat sinyal hasil pembacaan transducer.
3. Rangkaian data proses yang memproses (counting) data hasil pembacaan
(44)
commit to user
I-35
4. Blok tra nsmitter yang digunakan sebagai pengirim data hasil olahan proses
data ke displa y.
5. Receiver penerima data dari transmitter yang selanjutnya diproses ke dalam
perangkat displa y.
6. Perangakat displa y merupakan komponen yang menampilkan informasi yang
sudah diolah sehingga dapat dibaca secara langsung oleh pengguna. 4.1.2 Spesifikasi Teknik Heart Rate Monitor
Pada penelitian ini hea rt rate monitorharus memenuhi tujuan, yaitu:
1. Dapat menghitung jumlah denyut jantung dengan metode 10 detak persatuan
waktu.
2. Dapat menghitung jumlah denyut jantung dalam 1 menit.
3. Hea rt rate ini dapat memonitor denyut jantung objek saat melakukan aktivitas.
4. Transmisi data hasil pengukuran denyut jantung pada alat ini menggunakan
wireless berupa radio frekuensi (RF) untuk mendukung pengukuran denyut jantung objek pada saat beraktivitas.
5. Data hasil pengukuran dapat di simpan sehingga pada saat
memerlukaninformasi data tersebut maka data dapat diolah ataupun digunakan sesuai kebutuhan pengguna.
Berdasarkan tujuan tersebut maka dapat dibuat spesifikasi teknis secara rinci dari
hea rt rate monitor yang dirancang pada penelitian ini, sebagai berikut:
1. Blok transducer yang digunakan sebagai pendeteksi detak jantung melalui
jari tangan untuk mengakomodasi fungsi dari hea rt rate untuk penghitungan
saat objek sedang beraktivitas.
2. Rangkaian pengkondisian sinyal yang berfungsi sebagai filter dan penguat
penguat sinyal hasil pembacaan transducer. Blok ini meminimalkan noise
dan menguatkan sinyal data pembacaan untuk dapat di proses.
3. Rangkaian data proses yang akan memproses (counting) data hasil
pembacaan menjadi informasi yang diinginkan. Komponen utama dari blok
ini adalah mikroprosesor yang dapat digunakan sebagai counter data beep.
4. Blok tra nsmitter yang digunakan sebagai pengirim data hasil olahan proses
(45)
commit to user
I-36
dengan wireless pada penelitian ini digunakan radio frekuensi (RF) sebagai
perantara pengiriman data (transmitter).
5. Receiver penerima data dari transmitter yang selanjutnya diproses ke dalam
perangkat displa y. Blok ini prinsipnya hampir sama dengan transmitter
namun blok ini hanya menerima data dari receiver dengan frekuensi tertentu.
6. Perangakat displa y dan penyimpan data merupakan komponen yang
menampilkan informasi yang sudah diolah sehingga dapat dibaca secara langsung oleh pengguna dan diolah sesuai kebutuhan informasi pengguna.
Berdasarkan spesifikasi dan tujuan yang dikemukakan diatas dapat disusun
diagram blok sistem hea rt rate monitor yang akan dirancang. Diagram blok
sistem hea rt rate monitor dapat dilihat pada gambar 4.4.
Gambar 4.4 Blok diagram heart rate monitor
Diagram blok sistem monitor denyut jantung pada gambar 4.4 dapat di
jelaskan secara singkat sistem kerja instrument hea rt rate monitor pertama satu
jari tangan dimasukkan ke blokhea rt ratetra nducer, dalam blok ini terdapat
rangkaian sensor berupa inframerah danphotodiode yang berperan sebagai sensor
detak jantung dimana cahaya inframerah yang menembus jari tangan diterima
oleh photodiodedan frekuensi aliran darah pada jariyang dideteksi.
Prinsip sensor ini melihat kerja jantung yang mengalirkan darah ke seluruh tubuh termasuk pada jari tangan sehingga intensitas inframerah yang diterima oleh
Photodiode berubah sesuai dengan aliran darah yang mengalir di ujung
jari.Perubahan aliran darah pada jari ini seirama dengan denyut jantung dimana
frekuensi aliran ini dibaca oleh photodiode melalui perubahan intensitas cahaya
inframerah yang diterima.Perubahan intensitas inframerah ini mempengaruhi
perubahan arus dari photodiode sehingga dapat diperoleh frekuensi perubahan
(46)
commit to user
I-37
Data yang diperoleh dari tra nducer tersebut dikuatkan diolah pada
mikrokontroler yang di program untuk menghitung denyut jantung dari perubahan arus yang terbaca berupa lama waktu satu denyut, sehingga dapat dihitung waktu yang dibutuhkan untuk melihat berapa lama objek mencapai 10 denyut.Hasil pengukuran dan pemrosesan data ditampilkan pada LCD yang berupa grafis dan
dikirim oleh rangkaian tra nsmitter RF ke receiver dengan menggunakan
ta g/format data berupa headertertentu sehingga meminimalkan error pengiriman
dan penerimaan data hasil pengukuran. Pada rangkaian receiver dilanjutkan ke
perangkat PC sebagai interfa ce pengolahan data lanjutan dan perangkat
penyimpanan data yang dihubungkan melalui kabel USB dengan Max-232. Diperlukan suatu proses atau alat untuk menghubungkan pemroses utama (mikroprosesor/mikrokontroler)dengan sebuah perangkat komputer sebagai
interfa ce.Hal ini dapat dijalankan melalui perangkat lunak, berupa programyang
lebih dikenal sebagai Driver/insta ller atau perangkat lunak yangdimasukkan
kedalam perangkat keras yang disebut sebagai Firmwa re.Pada Max-232 terdapat
driver dari pabrik yang digunakan untuk mendeteksi ha rdware tersebut ke komputer dan sehingga dapat melakukan transaksi data. Data yang hanya berasal
Max 232 ini belum dapat dibaca maupun diolah maka diperlukan interfa ce yang
disesuaikan dengan operating system yang dipakai yaitu Windows, sehingga
bahasa pemrograman yang dipakai adalah visua l ba sic yang lebih kompatibel
dengan Windows.
4.2 PERANCANGAN HARDWARE DAN SOFTWARE INTERFACE
Dalam perancangan ha rdwa re sistem pada instrumentheart rate monitor ini
dibagi menjadi beberapa blok penting yang menjadi penyusun instrument yaitu
blok hea rt rate tra nducer, signa l conditioning, data proses, tra nsmitterRF,
receiverRF, Power Supply.
4.2.1 Blok Heart Rate Tranducer
Blok rangkaian ini berfungsi sebagai pendeteksi detak jantung melalui jari tangan.Blok ini mempunyai beberapa komponen utama yaitu LED inframerah dan
photodiode.
1. Perancangan Tranducer (Finger clip).
Sensor ini menggunakan prinsip bahwa aliran darah yang terdapat pada jari
seirama dengan detak jantung yang memompa darah ke seluruh tubuh.Dioda foto
adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Berbeda dengan dioda
biasa, komponen elektronika ini akan mengubah cahaya menjadi arus listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh dioda foto ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi dioda foto mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan di bidang medis
(47)
commit to user
I-38
Gambar 4.5. Prinsip finger clip sensor
Dalam sensor ini, LED bersinar memancarkan cahaya merah dan cahaya inframerah melalui jaringan dimana perubahan intensitas dari kedua cahaya ini
diterima oleh photo diodedan intensitas ini mengubah nilai tengangan terhadap
perubahan aliran darah yang terdapat di jari tangan.Sensor ini bekerja pada jari atau telinga.Prinsip sensor ini berdasar pada aliran darah pada jari yang
intensitasnya sebanding dengan intensitas pemompaan jantung keseluruh tubuh
yang disesuaikan dengan kebutuhan O2 dalam aktivitas tubuh.
Penjelasan dan uraian mengenai sensor dan prinsipnya maka dibuat
rancangan desain sensor hea rt rate berupa finger clip.Sensor ini dalam pembacaan
denyut jantung diletakan ditangan sehingga mempuyai bentuk seperti penjepit yang dapat dilihat pada gambar 4.6.
Gambar 4.6Desain finger clip sensor
Hasil pembacaan dari bloktra nsducer ini tidak dapat langsung digunakan,
dalam hasil pembacaantra nsducer memiliki perubahan tegangan yang kecil hanya
beberapa ms (milli detik) untuk dilakukan kalibrasi bahkan pembacaan. Hasil
pembacaan ini juga masih terdapat noisebaik dari alat maupun sumber lain yang
dikurangi atau bahkan dihilangkan maka hasil pembacaan ini harus dikondisikan sehingga dapat diolah atau dibaca hasilnya. Pengkondisian hasil pembacaan
iniberupa penguatan sinyal pembacaan ataupun filtering sinyal pembacaan yang
akan dijelaskan pada blok selanjutnya.
2. Realisasi Perancangan transducer (finger clip).
Blok ini merupakan blok yang digunakan sebagai sensor finger clip yang
pada penggunaan dijepitkan pada jari tangan untuk mendapatkan data pengukuran
hea rt rate. Secara fisik blok ini berbentuk seperti penjepit plastik dimana pada ujung depan terdapat plastik busa sebagai penutup sensor, untuk memperjelas
(48)
commit to user
I-39
Gambar 4.7 Realisasi rancangan blok transducer 4.2.2 BlokPengkodisian Sinyal
Blok ini berfungsi sebagai filter noise, penguat dan juga komperator dari
sinyal yang diterima dari bloktra nsducer. Pada blok ini terdapat operational
amplifier yang merupakan komponen utama yang melakukan fungsi sebagai low
pa ssfilter noise, penguat, dan komparator yang ter dapat pada 1 chip IC TL704.
1. Perancangan pengkondisi sinyal Transducer (Finger clip).
Pada Blok ini digunakan IC TL074 dimana dalam 1 chip terdapat 4 buah
Op-Amp seperti pada gambar rangkaian pada gambar 4.8 untuk OP-Amp
berfungsi sebagai low pa ss filter sekaligus penguat arus yang berasal dari foto
diode.Op Amp 1 terhubung sebagai konverter arus ke tegangan untuk Photo Dioda yang menunjukkan variasi dari arus reverse sebagai respons dari perubahan
cahaya dari jari.Op Amp ini berguna sebagai filter sekaligus penguat dimana pada
Op Amp yang kedua dan ketiga hampir sama dimana umpan balik masuk melalui
pin negative hanya pada Op Amp ketiga mempunyai control gain yaitu VR 1.
Gambar 4.8Rangkaian blok pengkondisi sinyal Op Amp kempat mempunyai umpan balik pada pin positif yang menandakan bahwa Op Amp ini sebagai komparator,rangkaian ini berfungsi menghasilkan level TTL (transistor transistor logik).Keluaran rangkaian komperator berfungsi memberikan level TTL sehingga langsung dibaca oleh mikrokontroller. Level TTL ini berguna untuk mengetahui detak jantung yang
terbaca dimana terdapat 2 nilai volta se yang di set sebagai batas. Komparator ini
meminimalkan efek noise dan juga dapat memberikan data level TTLhigh ataupun
low. Voltase yang masuk pada inputOp Ampakan dilihat jika kurang dari batas
bawah maka data volta se dikatakan low dan jika lebih tinggi dari batas bawah
(49)
commit to user
I-40
high.Output dari blok ini yaitu berupa volta se yang masuk kriteria high dan
kriteria volta se low yang dimasukan ke blok counter dimana dihitung frekuensi
dari high dan low dari hasil pembacaan tegangan.Rangkaian bloksensor ini
dimasukkan melalui port 3.0 pada mikrokontroller.
4.2.3 BlokData Counting
Blok ini berfungsi sebagai penghitung waktu yang yang dibutuhkan satu siklus detak dari saat mulai berdetak sampaiakan berdetak lagi. Berikut ilustrasi
pengukuran satu detak jantung yang dilihat dari pengukuran osilloscope.
Gambar 4.9Perhitungan satu siklus denyut
Satu siklus detak adalah sebesar 1 gelombang yaitu saat terjadi puncak gelombang dan lembah gelombang.Waktu yang diukur yaitu ketika saat pertama terjadi puncak sampai waktu dimana akan terjadi puncak lagi saat terakhir terjadi lembah gelombang. Bentuk gelombang ini dibentuk oleh hasil pengukuran dari
finger clip yang membaca perubahan intensitas darah pada jari, sehingga
mengubah nilai tegangan pada photodiode.
1. Perancangan Blok Pengkondisi Sinyal.
Prosses perhitungan beat dalam blok ini menggunakan mikrokontroler AT
89S51 karena mikrokontroler ini dapat diprogram baik dari sisi input maupun
outputnya sehingga dilakukan pemrosesan data dari pengkondisian sinyal.
Pembacaan 1 siklus detak ini menggunakan flowcha rt program seperti pada
(1)
commit to user
I-62
Gambar 5.2 Grafik 10 denyut per satuanwaktudalamakativitasjalankemudianberlari
Grafikwaktuuntuk 10 denyutmempunyaipola yang berkebalikandenganpolagrafikbpm.Semakintingginilaibpmmakasemakincepatwak tu yang digunakanuntukmencapai 10 denyut.Kenaikankecepatanuntukmmencapai 10 denyutinimenggambarkantingkataktivitas yang dilakukanobjek, denganhubungantersebutbpmjugamenggambarkantingkataktivitasobjek.
Pola data darinilaibpmdan 10 denyut per satuanwaktu yang mengikutitingkataktivitasobjekdalamhaliniberjalankemudianberlari.Hea rt rate
monitorhasilrancanganmampumembacadenyutjantungobjek yang
sedangmelakukanaktivitasdanmembacaperubahankecepatandenyutsesuaitingkatak tivitasobjek.
5.3
INTERPRETASI HASILHea rt rate monitor hasilrancanganmempunyaihasil yang
sesuaidengantujuan yang dibuatdalamperancangan. Pengujianpengukurandilakukanpada 5 objekdenganaktivitasberjalankemudianberlari.Pengujiandenganaktivitasinidimaks udkanuntukmengetahuipola data yang dibentukdarihasilpengukuran.
Grafikdari data hasilpengukuranmempunyaipola yang cenderungsamayaituuntukbpmgarfikmempunyaipolanaikdanuntukkecepatan 10 denyutberbandingterbalikdenganbpm.
(2)
commit to user
I-63
Garfikhasilpercobaanpengukuranmempunyaipola yang samanamunnilaidaribpmmaupunwaktuuntuk 10 denyutberbedasesuaidenganfisikdariobjektersebut.
Softwa redarihea rt rate monitorinimasihsederhanahanyasebagaipenyimpan data. Data hasilsimpanansoftwa reinimenggunakan format Ms. Accesssehinggauntukmengalah data harus di konfersidalamMs.excel. konfersi format inisudahtersedia di dalamMs. Access.
(3)
commit to user
I-64
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
Babini membahas mengenai kesimpulan yang diperoleh dari hasil penelitian dan saran untuk pengembangan penelitian lebih lanjut. Penjelasan dari kesimpulan dan saran diuraikan pada sub bab berikut ini.
6.1 KESIMPULAN
Kesimpulan dari penelitian yang ditetapkan,sebagai berikut:
1. Hea rt rate monitorhasilrancangansesuaitujuan yang dibuatdalamperancangan, dapatmengukurrata-rata denyutjantungdalam 1 menit (bpm) dan 10 denyutpersatuanwaktudengantarnsmisi wireless denganmodul radio frekuensi (RF).
2. Data hasilpengukuranhea rt rate monitordapatdisimpandalam storage data dengan media persona l computer (PC)sehinggadapatdiolahuntukdiperolehinformasi.
3. Pengukurandenyutjantungkelimaobjek yang berjalankemudianberlarimenghasilkanpola data yang sesuaidengantingkataktivitasfisikobjek, yang menunjukkan heart rate monitor mempunyaipembacaan yang baik.
6.2 SARAN
Saran yang dapat diberikan berdasarkan hasil penelitian untuk langkah pengembangan atau penelitian selanjutnya, sebagai berikut:
1. Softwa repadasistemhea rt rate
monitorsebaiknyadirancangsupayadapatmengolah
datadanmenampilkangrafikpola data hasilpengukuran. Padapenelitianinipengolahan
datahasilpengukuranmasihdibantudenganmsexcell.
2. Padapenggunaan sensor finger clip sebaiknyadiperhatikanposisi sensor terhadapjaritangansaatdijepitkan, karenadapatmemepengaruhipengukuran. 3. Padapenggunaan sensor finger clip sebaiknyadiperhatikan power supply
(4)
commit to user
I-65
jikasudahberkurangmakaharusdigantukarenadapatmempengaruhihasilpenguku ran
(5)
commit to user
DAFTAR PUSTAKA
Eren H, 2006. Wireless Sensors a nd Instruments.USA :Taylor & Francis Group. Erliyanto M, Sumaryo S, Rizal A, 2008. Pera nca nga n Pera ngkat Monitoring
Denyut Jantung (Heart-Beat Monitoring) Denga n Visua lisasi LCD Gra fik Berba sis Atmel AT89C51.Bali:Konferensi Nasional Sistem dan Informatika. Grandjean, E. 1993. Fitting The Ta sk to The Ma n. 4th Edition. London: Taylor &
Francis Inc.
Chan, R, 2006. Wireless Hea rt rate monitoring system. USA: Patent Aplication Publication.
Sulistyadi, K. dan Susianti S.L.. 2003. Pera ncanga n Sistem Kerja & Ergonomi.
Jakarta: Universitas Sahid.
Wikipedia, 2010.Hea rt rate monitor [online]. Tersedia di: http://en.wikipedia.org/wiki/Heart_rate_monitor[28 Januari 2010].
Yarlagadda, A, 2010.Designing a Wireless Hea rt Rate Monitor with Remote Data Logging.Cypress Semiconductor.
Tarwaka, Solichul Bakri, Lilik Sudiajeng. 2004. Ergonomi Untuk Kesela mata n, Kesehata n Kerja da n Produktifitas. Surakarta: Uniba Press.
Dr. Kamat V, 2002. Pulse Oximetry. Indian Journal Of Anaesthesia, August 2002. Wignjosoebroto, S. 1991. Ergonomi, Studi Gera k dan Wa ktu. Jakarta: PT Guna
Widya.
Rowett Research Institute. 1992. Energy Expenditure [Online], 6 pages. Tersedia di: http://www.rowett.ac.uk/edu_web/sec_pup/energy_expenditure.pdf[27 November 2009]
Oximetry.org, 2002.Principles of Pulse Oximetry Technology [online]. Tersedia di www.oximetry.org [10 Juli 2010].
Atmel, 2001.8-bit Microcontroller with 4K Bytes In System Progra mma ble Fla sh AT89S51 Data Sheet. Atmel Corporation.
Grap Mary J, 2002. Pulse Oximetry .American Association of Critical-Care Nurses.Published online http://ccn.aacnjournals.org.
Ehow.com, 2008.Hea rtRate Monitor[online], 1 paragraf. Tersedia di:www.ehow.com [10 Juni 2010].
(6)
commit to user
Ilmuku.com,2009.Dioda Foto[online], 1 paragraf.Tersedia di www.ilmuku.com [12 Juli 2010].
Sensoronics.com, 2009.Pulse Oximetry[picture online]. Tersedia di: www.sensoronics.com [12 Juli 2010].
Klimatologibanjarbaru.com, 2008.Instrumenta si Elektronik[picture online]. Tersedia di: www.klimatologibanjarbaru.com [11 Juli 2010].
Fay-blinkz.webnode.com, 2008.La tiha n Microsoft Visua l Ba sic 6.0 [online], 4 paragraf. Tersedia di: http://www.fay-blinkz.webnode.com/vebe [11 Juli 2010].
Susanto Tri, 2001. BLUETOOTH :TeknologiKomunika si Wireless untukLa yanan
Multimedia denganJa ngkauanTerbata s [online].
http://elektroindonesia.com/elektro/khu36.html [16 Juni 2011].
AkibFaisal , 2009. Media Transmisi Wireless/Nirkabel/Unguided [online].http://teknik-informatika.com/media-transmisi-wireless/ [16 Juni 2011].
needle.anest.ufl.edu, 2004.PulseOximeteryTheory[online]. http://www.needle.anest.ufl.edu/ [23 Februari 2010].