ALAT UKUR HEART AND RESPIRATION RATE BERBASI ATMEGA 16 g. Bab III

25

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

3.1 Blok Diagram

Gambar 3. 1 Blok Diagram

Seseorang yang akan dihitung laju pernafasan dan detak jantung harus dipasangkan terlebih dahulu sensornya, yaitu sensor miccondensor di hidung dengan menggunakan masker untuk pengukuran laju pernafasan dan finger sensor di jari tangan untuk pengukuran detak jantung. Sensor miccondensor akan mendeteksi hembusan nafas manusia, yang mana setiap hembusan udara memiliki suara. setiap suara yang keluar melalui hidung maka tegangan sensor akan berubah, perubahan ini digunakan untuk mencacah laju pernafasan. Kemudian output sensor miccondensor akan masuk ke inputmikro, lalu diolah dalam microcontroller untuk dihitung nilai lajupernapasan pasien. Di dalam fingersensor

Hembusanna fas

Monostabil

Pengkondisi sinyal Fingersens

or

M I K R O K O N T R O L E R

Sensor

miccondensor

or

Program

terdapat LED inframerah yang menyala dan akan menerangi jari tangan dan juga photodioda yang akan peka terhadap intensitas cahaya, setiap ada aliran darah maka akan terjadi perbedaan intensitas, intensitas cahaya ini selanjutnya akan diterima oleh photodioda Sinyal analog dari photodioda akan diolah dalam rangkaian pengkondisian sinyal, data/sinyal analog ini akan dikuatkan oleh rangkaian non-inverting amplifier, data/sinyal analog yang dihasilkan akan dibandingkan dengan referensi komparator untuk selanjutnya mentrigger input monostabil agar dapat memberikan logika high atau low ke input mikro, lalu diolah dalam microcontroller untuk dihitung nilai BPM pasien. Microcontroller akan membaca berapa banyak trigger yang masuk selama 30 detik. Data yang sudah diperoleh selama 30 detik tersebut akan ditampilkan pada LCD.

3.2 Diagram Alir

Pada saat tombol power ditekan terjadi inisialisasi dari penginisialisasian input-outputmicrocontroller dan antarmuka LCD 2 x 16, dan sensor akan mulai bekerja.Setelah sensor dipasang ke pasien, tekan tombol start. maka alat akan memulai mengambil data laju pernafasan dan detak jantung selama 30 detik. Jika waktu sudah 30 detik,apabila hasilheart rate<60 akan muncul tulisan bradycardia, respiration rate<12 akan muncul tulisan bradypnea, heart rate antara 60-100 akan muncul tulisan normal, respiration rate antara 12-20 akan muncul tulisan normal, heart rate>100 akan muncul tulisan tachycardia, respiration rate<20 akan muncul tulisan tachypnea di LCD beserta nilai laju pernafasan dan detak jantung pasien. Dapat dilihat pada gambar 3.2.

Gambar 3. 2 Diagram Alir Begin

Mencacah laju pernafasan dan detak jantung

Sensor bekerja

END Menghitung 30 detik

HR 60100, RR 12-20

DisplayHR (bradycardia) RR

(bradypnea)

Display HR normal RR normal

DisplayHR (tachycardia) RR

(tachypnea) YES

NO O

NO O

RESET

YES

HR <60 RR <12

3.3 Diagram Mekanis

Gambar 3. 3 Diagram Mekanis Keterangan :

a. Tombol start b. Tombol reset c. Tombol ON/OFF d. LED indikator ON/OFF

e. Soket carger baterai f. LED indikator BPM g. LED indikator RR h. LED indikator carger i. LED indikator baterai full j. DC volt meter

k. LCD

l. Soket sensor finger

m. Soket sensor miccondensor

3.4 Alat dan Bahan 3.4.1 Alat

1. Solder listrik. 2. Soldering pump. 3. Tool set.

4. Bor PCB. 5. Timah. 6. Multimeter.

3.4.2 Bahan

1. Sensor miccondensor. 2. Photodioda.

3. LED inframerah. 4. Resistor ⁄ W.

5. Kapasitor. 6. Transistor. 7. Lampu LED. 8. LCD 2x16. 9. ICATmega16. 10. Soket ICATmega16. 11. IC LM324.

12. Soket IC LM324. 13. IC NE555. 14. Soket IC NE555. 15. Trimpot.

16. Push button.

3.5 Definisi Operasional

Didalam kegiatan operasionalnya, terdapat variabel yang digunakan dalam perencanaan modul, baik itu variabel bebas, tergantung, dan terkendali, masing-masing memiliki fungsi sebagai berikut:

1. Sensor miccondensor yang dipakai untuk pendeteksi laju pernafasan pasien, 2. AVR digunakan sebagai minimum sistem program.

3.6Teknik Analisis Data

3.6.1 Rata – rata

Rata-rata adalah nilai atau hasil pembagian dari jumlah data yang diambil atau diukur dengan banyaknya pengambilan data atau banyaknya pengukuran.Dirumuskan sebagai berikut:

Rata-rata ( X ) =

Keterangan:

X = rata – rata ∑Xi = Jumlah nilai data

n = Banyak data (1,2,3,…,n)

3.6.2 Simpangan

Adalah selisih dari rata–rata nilai harga yang dikehendaki dengan nilai yang diukur. Dirumuskan sebagai berikut:

Simpangan = Y –

Keterangan :

Y = rerata pembanding = rerata modul X

X

(3-1)

3.6.3 Error (%)

Adalah selisih antara mean terhadap masing-masing data.Dirumuskan sebagai berikut :

Error % =Y - X

Keterangan:

Y = rerata pembanding

X= rerata modul

3.7Pembuatan Alat

Tahapan dalam membuat alat ini melalui beberapa proses yang terdiri dari: 1. Tahap Perancangan Perangkat Keras

Perancangan perangkat keras adalah dengan membuat modul berdasarkan rangkain hasil “rekayasa dan keteknikan”, menjadi modul:

a) Rangkaian finger

Rangkaian sensor finger ini terdiri dari dua buah resistor dengan nilai 220 ohm untuk LED infrared dan 5k6 ohm untuk photodioda.

(3-3) Y

Gambar 3. 4Rangkaian Sensor Finger b) Rangkaian pengkondisi sinyal

Rangkaian pengkondisi sinyal memakai IC LM324 yang memiliki 4 buah op-amp, tetapi pada rangkaian pengkondisi sinyal hanya memakai 3 buah op-amp saja yang berguna untuk penguat keluaran dari sensor finger.

Gambar 3. 5Rangkaian Pengkondisi Sinyal c) Rangkaian monostabil

Pada rangkaian ini menggunakan IC NE555 untuk mentrigger dan membangkitkan keluaran dari rangkaian pengkondisi sinyal agar gelombang yang dikeluarkan dari rangkaian pengkondisian sinyal, yang mana rangkaian monostabil berfungsi sebagai pembangkit sinyal, Seperti yang kita ketahui prinsip kerja komparator yaitu jika beda potensial input inverting dan

R44

220

R45

39k

D4

LED-RED D5 PhotoDioda +5V

ke Pengkondisi sniyal

12 13

14

4

1

1

U1:D

LM324

C7

2u2

R13

47k

R14

22k

R15

10k

R16

1M

C8

68nF

3 2

1

4

1

1

U3:A

LM324

C9

2u2

R17

47k

R18

10k

R19

1M

C10

68nF +5V

5 6

7

4

1

1

U3:B

LM324

6

2%

RV2

10k +12V

R20

220

D5

1N4002

Q2

BD139

R21

220

1

OUTPUT

CONN-SIL1 1

INPUT

inputnon-invertingnya bernilai positif, maka komparator akan mengeluarkan output berlogika „1‟. Jika diberi trigger dari logika „1‟ ke logika „0 akan bernilai positif dan alhasil mengeluarkan output high.Output ini akan mengeluarkan logika 1. Gambar dapat dilihat pada gambar 3.6 berikut.

Gambar 3. 6Rangkaian Monostabil d) Rangkaian modul microcontroller

Rangkaian modul microcontroller dapat dilihat pada gambar 3.7

Gambar 3. 7Rangkaian Minimum Sistem Atmega16 R 4 DC 7 Q 3 G N D 1 V C C 8 TR 2 _TH 6

CV 5 U4 NE555 C11 10u +5V 53 % RV4 10k C12 10u R22 220 D6 LED-RED 1 INPUT CONN-SIL1 1 OUTPUT CONN-SIL1 PB0/T0/XCK 1 PB1/T1 2 PB2/AIN0/INT2 3 PB3/AIN1/OC0 4 PB4/SS 5 PB5/MOSI 6 PB6/MISO 7 PB7/SCK 8 RESET 9 XTAL2 12 XTAL1 13 PD0/RXD 14 PD1/TXD 15 PD2/INT0 16 PD3/INT1 17 PD4/OC1B 18 PD5/OC1A 19 PD6/ICP1 20 PD7/OC2 21 PC0/SCL 22 PC1/SDA 23 PC2/TCK 24 PC3/TMS 25 PC4/TDO 26 PC5/TDI 27 PC6/TOSC1 28 PC7/TOSC2 29 PA7/ADC7 33 PA6/ADC6 34 PA5/ADC5 35 PA4/ADC4 36 PA3/ADC3 37 PA2/ADC2 38 PA1/ADC1 39 PA0/ADC0 40 AREF 32 AVCC 30 U1 ATMEGA16 RESET C1 100nF R1 4k7 +5v C2 22pF C3 22pF 11.0592MHZ CRYSTAL 1 2 3 4 5 6 7 8 PORTA CONN-SIL8 1 2 3 4 5 6 7 8 PORTB CONN-SIL8 +5v 1 2 3 4 5 6 7 8 PORTC CONN-SIL81 2 3 4 5 6 7 8 PORTD CONN-SIL8 C4 100nF 1 2 3 4 5 ISP PROGRAMMING CONN-SIL5

e) Rangkaian keseluruhan

Berikut adalah rangkaian keseluruhan dari pembuatan modul ini:

Gambar 3. 8 Rangkaian keseluruhan R44 220 R45 39k D4 LED-RED D5 PhotoDioda +5V C4 1u R31 47k R32 12k R34 1k R35 22k 3 2 1 8 4 U1:A LM358N +5V R1 10k C1 68nF C2 1u R2 47k R3 12k R4 1k 5 6 7 8 4 U1:B LM358N +5V R6 10k C3 68nF 3 2 1 8 4 U2:A LM358N 5 0% RV1 100k +5V R5 220 Q1 BD139 R7 220 +5V R 4 DC 7 Q3 G N D 1 V C C 8 TR 2 TH 6

CV 5 U9 NE555 C8 10u C9 10u +5V R42 220 D3 LED-GREEN 6 2% RV2 100k R8 220 R9 39k D1 LED-RED D2 PhotoDioda +5V C5 1u R10 47k R11 12k R12 1k R13 22k 5 6 7 8 4 U2:B LM358N +5V R14 10k C6 68nF C7 1u R15 47k R16 12k R17 1k 3 2 1 8 4 U3:A LM358N +5V R18 10k C10 68nF 5 6 7 8 4 U3:B LM358N 5 0% RV3 100k +5V R19 220 Q2 BD139 R20 220 +5V R 4 DC 7 Q3 G N D 1 V C C 8 TR 2 TH 6

CV 5 U4 NE555 C11 10u C12 10u +5V R21 220 D6 LED-GREEN 6 2% RV4 100k PB0/T0/XCK 1 PB1/T1 2 PB2/AIN0/INT2 3 PB3/AIN1/OC0 4 PB4/SS 5 PB5/MOSI 6 PB6/MISO 7 PB7/SCK 8 RESET 9 XTAL2 12 XTAL1 13 PD0/RXD 14 PD1/TXD 15 PD2/INT0 16 PD3/INT1 17 PD4/OC1B 18 PD5/OC1A 19 PD6/ICP1 20 PD7/OC2 21 PC0/SCL 22 PC1/SDA 23 PC2/TCK 24 PC3/TMS 25 PC4/TDO 26 PC5/TDI 27 PC6/TOSC1 28 PC7/TOSC2 29 PA7/ADC7 33 PA6/ADC6 34 PA5/ADC5 35 PA4/ADC4 36 PA3/ADC3 37 PA2/ADC2 38 PA1/ADC1 39 PA0/ADC0 40 AREF 32 AVCC 30 U5 ATMEGA16 RESET C13 100nF R22 4k7 +5v C14 22pF C15 22pF 11.0592MHZ CRYSTAL +5v C16 100nF 1 2 3 4 5 ISP PROGRAMMING CONN-SIL5 1 2 3 4 J2 modul miccondensor D 7 1 4 D 6 1 3 D 5 1 2 D 4 1 1 D 3 1 0 D 2 9 D 1 8 D 0 7 E 6 R W 5 R S 4 V S S 1 V D D 2 V E E 3 LCD1 LM016L

5. Kapasitor.

6. Transistor.

7. Lampu LED.

8. LCD 2x16.

9. ICATmega16.

10. Soket ICATmega16.

11. IC LM324.

12. Soket IC LM324.

13. IC NE555.

14. Soket IC NE555.

15. Trimpot.

16. Push button.

3.5 Definisi Operasional

Didalam kegiatan operasionalnya, terdapat variabel yang digunakan dalam perencanaan modul, baik itu variabel bebas, tergantung, dan terkendali, masing-masing memiliki fungsi sebagai berikut:

1. Sensor miccondensor yang dipakai untuk pendeteksi laju pernafasan pasien,

2. AVR digunakan sebagai minimum sistem program.

3.6Teknik Analisis Data 3.6.1 Rata – rata

Rata-rata adalah nilai atau hasil pembagian dari jumlah data yang diambil

atau diukur dengan banyaknya pengambilan data atau banyaknya

pengukuran.Dirumuskan sebagai berikut:

Rata-rata ( X ) =

Keterangan:

X = rata – rata

∑Xi = Jumlah nilai data

n = Banyak data (1,2,3,…,n)

3.6.2 Simpangan

Adalah selisih dari rata–rata nilai harga yang dikehendaki dengan nilai yang

diukur. Dirumuskan sebagai berikut:

Simpangan = Y –

Keterangan :

Y = rerata pembanding = rerata modul X

X

(3-1)

3.6.3 Error (%)

Adalah selisih antara mean terhadap masing-masing data.Dirumuskan

sebagai berikut :

Error % =Y - X

Keterangan:

Y = rerata pembanding

X= rerata modul

3.7Pembuatan Alat

Tahapan dalam membuat alat ini melalui beberapa proses yang terdiri dari:

1. Tahap Perancangan Perangkat Keras

Perancangan perangkat keras adalah dengan membuat modul berdasarkan

rangkain hasil “rekayasa dan keteknikan”, menjadi modul:

a) Rangkaian finger

Rangkaian sensor finger ini terdiri dari dua buah resistor dengan nilai

220 ohm untuk LED infrared dan 5k6 ohm untuk photodioda. (3-3) Y

Gambar 3. 4Rangkaian Sensor Finger

b) Rangkaian pengkondisi sinyal

Rangkaian pengkondisi sinyal memakai IC LM324 yang memiliki 4

buah op-amp, tetapi pada rangkaian pengkondisi sinyal hanya memakai 3

buah op-amp saja yang berguna untuk penguat keluaran dari sensor finger.

Gambar 3. 5Rangkaian Pengkondisi Sinyal

c) Rangkaian monostabil

Pada rangkaian ini menggunakan IC NE555 untuk mentrigger dan

membangkitkan keluaran dari rangkaian pengkondisi sinyal agar gelombang yang dikeluarkan dari rangkaian pengkondisian sinyal, yang mana rangkaian monostabil berfungsi sebagai pembangkit sinyal, Seperti yang kita ketahui

prinsip kerja komparator yaitu jika beda potensial input inverting dan

R44

220

R45

39k

D4

LED-RED D5

PhotoDioda +5V

ke Pengkondisi sniyal

12 13

14

4

1

1

U1:D

LM324

C7

2u2

R13

47k

R14

22k

R15

10k

R16

1M

C8

68nF

3 2

1

4

1

1

U3:A

LM324

C9

2u2

R17

47k

R18

10k

R19

1M

C10

68nF +5V

5 6

7

4

1

1

U3:B

LM324

6

2%

RV2

10k +12V

R20

220

D5

1N4002

Q2

BD139

R21

220

1

OUTPUT

CONN-SIL1 1

INPUT

inputnon-invertingnya bernilai positif, maka komparator akan mengeluarkan

output berlogika „1‟. Jika diberi trigger dari logika „1‟ ke logika „0 akan

bernilai positif dan alhasil mengeluarkan output high.Output ini akan

mengeluarkan logika 1. Gambar dapat dilihat pada gambar 3.6 berikut.

Gambar 3. 6Rangkaian Monostabil

d) Rangkaian modul microcontroller

Rangkaian modul microcontroller dapat dilihat pada gambar 3.7

Gambar 3. 7Rangkaian Minimum Sistem Atmega16 R

4

DC 7

Q 3

G

N

D

1

V

C

C

8

TR

2 _TH 6

CV 5

U4

NE555

C11

10u +5V

53 % RV4

10k

C12

10u

R22

220

D6

LED-RED

1

INPUT

CONN-SIL1

1

OUTPUT

CONN-SIL1

PB0/T0/XCK 1

PB1/T1 2

PB2/AIN0/INT2 3

PB3/AIN1/OC0 4

PB4/SS 5

PB5/MOSI 6

PB6/MISO 7

PB7/SCK 8

RESET 9

XTAL2

12 XTAL1

13

PD0/RXD 14

PD1/TXD 15

PD2/INT0 16

PD3/INT1 17

PD4/OC1B 18

PD5/OC1A 19

PD6/ICP1 20

PD7/OC2 21

PC0/SCL 22

PC1/SDA 23

PC2/TCK 24

PC3/TMS 25

PC4/TDO 26

PC5/TDI 27

PC6/TOSC1 28

PC7/TOSC2 29

PA7/ADC7

33 PA6/ADC6

34 PA5/ADC5

35 PA4/ADC4

36 PA3/ADC3

37 PA2/ADC2

38 PA1/ADC1

39 PA0/ADC0

40

AREF 32

AVCC 30

U1

ATMEGA16

RESET C1

100nF

R1

4k7 +5v

C2

22pF

C3

22pF

11.0592MHZ

CRYSTAL

1 2 3 4 5 6 7 8

PORTA

CONN-SIL8

1 2 3 4 5 6 7 8

PORTB

CONN-SIL8

+5v 1 2 3 4 5 6 7 8

PORTC

CONN-SIL81

2 3 4 5 6 7 8

PORTD

CONN-SIL8

C4

100nF

1 2 3 4 5

ISP PROGRAMMING

e) Rangkaian keseluruhan

Berikut adalah rangkaian keseluruhan dari pembuatan modul ini:

Gambar 3. 8 Rangkaian keseluruhan R44 220 R45 39k D4 LED-RED D5 PhotoDioda +5V C4 1u R31 47k R32 12k R34 1k R35 22k 3 2 1 8 4 U1:A LM358N +5V R1 10k C1 68nF C2 1u R2 47k R3 12k R4 1k 5 6 7 8 4 U1:B LM358N +5V R6 10k C3 68nF 3 2 1 8 4 U2:A LM358N 5 0% RV1 100k +5V R5 220 Q1 BD139 R7 220 +5V R 4 DC 7 Q3 G N D 1 V C C 8 TR 2 TH 6

CV 5 U9 NE555 C8 10u C9 10u +5V R42 220 D3 LED-GREEN 6 2% RV2 100k R8 220 R9 39k D1 LED-RED D2 PhotoDioda +5V C5 1u R10 47k R11 12k R12 1k R13 22k 5 6 7 8 4 U2:B LM358N +5V R14 10k C6 68nF C7 1u R15 47k R16 12k R17 1k 3 2 1 8 4 U3:A LM358N +5V R18 10k C10 68nF 5 6 7 8 4 U3:B LM358N 5 0% RV3 100k +5V R19 220 Q2 BD139 R20 220 +5V R 4 DC 7 Q3 G N D 1 V C C 8 TR 2 TH 6

CV 5 U4 NE555 C11 10u C12 10u +5V R21 220 D6 LED-GREEN 6 2% RV4 100k PB0/T0/XCK 1 PB1/T1 2 PB2/AIN0/INT2 3 PB3/AIN1/OC0 4 PB4/SS 5 PB5/MOSI 6 PB6/MISO 7 PB7/SCK 8 RESET 9 XTAL2 12 XTAL1 13 PD0/RXD 14 PD1/TXD 15 PD2/INT0 16 PD3/INT1 17 PD4/OC1B 18 PD5/OC1A 19 PD6/ICP1 20 PD7/OC2 21 PC0/SCL 22 PC1/SDA 23 PC2/TCK 24 PC3/TMS 25 PC4/TDO 26 PC5/TDI 27 PC6/TOSC1 28 PC7/TOSC2 29 PA7/ADC7 33 PA6/ADC6 34 PA5/ADC5 35 PA4/ADC4 36 PA3/ADC3 37 PA2/ADC2 38 PA1/ADC1 39 PA0/ADC0 40 AREF 32 AVCC 30 U5 ATMEGA16 RESET C13 100nF R22 4k7 +5v C14 22pF C15 22pF 11.0592MHZ CRYSTAL +5v C16 100nF 1 2 3 4 5 ISP PROGRAMMING CONN-SIL5 1 2 3 4 J2 modul miccondensor D 7 1 4 D 6 1 3 D 5 1 2 D 4 1 1 D 3 1 0 D 2 9 D 1 8 D 0 7 E 6 R W 5 R S 4 V S S 1 V D D 2 V E E 3 LCD1 LM016L