Perancangan dan Realisasi Sistem Monitoring Kadar Oksigen Di Dalam Darah Berbasis Nirkabel.
i Universitas Kristen Maranatha
Perancangan Dan Realisasi Sistem Monitoring Kadar Oksigen
Di Dalam Darah Berbasis Nirkabel
Disusun oleh :Aryci Putra Pramana (0922065)
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Kristen Maranatha
Jalan Prof. Drg. Suria Sumantri No 65, Bandung 40164, Jawa Barat Indonesia
ABSTRAK
Pada bidang medis, dibutuhkan alat yang dapat memonitoring kadar oksigen di dalam darah (SpO2) khususnya untuk pasien rawat inap. Di tubuh pasien terdapat banyak kabel dan selang yang menganggu kenyamanan pasien. Untuk mengurangi banyaknya kabel di tubuh pasien, maka monitoring dibuat berbasis nirkabel agar pasien lebih nyaman.
Tujuan dari tugas akhir ini adalah merancang suatu alat yang dapat memonitoring kadar oksigen di dalam darah (Oksimeter) dan hasilnya ditransmisikan dengan menggunakan bluetooth dan ditampilkan menggunakan GUI pada PC. Alat ini menggunakan prinsip transmisi sinar LED merah dan infrared yang dipancarkan pada jaringan organ jari tangan.
Perubahan intensitas cahaya yang ditransmisikan melalui jaringan tubuh akibat darah pada denyut nadi arteri dapat diukur sebagai sinyal. Sinyal ini disebut Photoplethysmography (PPG). Darah yang mengandung oksigen memiliki karakteristik penyerapan cahaya yang berbeda dibandingkan darah yang tidak mengandung oksigen pada panjang gelombang sinar LED merah dan Infra red. Membandingkan dua serapan tersebut dapat menghasilkan nilai SpO2.
Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan, perangkat tugas akhir mempunyai error 0,51 % setelah kalibrasi terhadap OxyOne yang di ujicoba kepada 10 orang per 10 detik selama 1 menit dan mempunyai jarak jangkauan 4 meter terhadap PC dengan ada dinding penghalang antara perangkat tugas akhir dan PC.
(2)
ii Universitas Kristen Maranatha
Design and Realization of Monitoring System Oxygen Saturation
In The Blood-Based Wireless
Composed by :Aryci Putra Pramana (0922065)
Electrical Engineering Department, Engineering Faculty, Maranatha Christian University
On Prof. Drg. Suria Sumantri, MPH Road No. 65, Bandung 40164
ABSTRACT
In the medical, needed a devices that can monitor oxygen saturation in the blood (SpO2), especially for inpatients. Patient body there are many wires and hoses which disturb the comfort of the patient. To reduce the amount of patient body cables, then made based wireless monitoring so that the patient more comfortable.
The purpose of this project is to design a device that can monitor the oxygen Saturation in the blood (oximetry) and the results transmitted using Bluetooth and displayed using the GUI on the PC. These devices are uses the principle of light transmission of the red and infrared LEDs were fired on organ tissues fingers.
Changes in light intensity transmitted through the tissue due to the blood in the arterial pulse can be measured as a signal. This technique is called Photoplethysmography (PPG). Oxygenated blood has different light absorption characteristics than deoxygenated blood at wavelengths of red LED light and Infra red. Comparing the two absorption can produce SpO2 value.
Based on the results of experiments that have been carried out, the final project has a 0,51 % error after calibration against OxyOne that at trial to 10 people per 10 seconds for 1 minute and has a range of 4 meters distance on a PC with there barrier wall between the final and the PC
(3)
v Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR PUSAKA ... vii
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... ix
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Identifikasi Masalah ... 1
1.3. Perumusan Masalah ... 2
1.4. Tujuan ... 2
1.5. Pembatasan Masalah ... 2
1.6. Sistematika Penulisan ... 3
BAB II LANDASAN TEORI ... 4
2.1 Pengenalan Oksimeter ... 4
2.2 Penyakitan yang berhubungan dengan SpO2 ... 5
2.3 Hubungan panjang gelombang cahaya dengan karakteristik penyerapan cahaya didalam darah ... 6
2.4 Kadar oksigen didalam darah ... 7
2.5 Non Inverting Amplifier ... 8
(4)
vi Universitas Kristen Maranatha
2.6.1 Atmega328 ... 9
2.7 Bluetooth HC-06 ... 13
2.8 Visualstudio 2013...14
2.9 Visual C# ... 14
2.9.1 Feature dalam C# ... 15
2.9.2 Penulisan Kode C# ... 16
2.10 LCD 2x16 ...17
2.11 Operational Amplifier ... 18
2.11.1 OP-AMP LM 741 ... 18
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ... 19
3.1 Perancangan Perangkat Keras ... 20
3.1.1 Perancangan Sensor ... 20
3.1.2 Perancangan Buffer ... 21
3.1.3 Perancangan Inverting amplifier ... 22
3.1.4 Perancangan Oximeter menggunakan bluetooth ... 23
3.1.5 FlowChart pada mikrokontroler ... 24
3.1.6 Realisasi Perangkat Keras ... 26
3.2 Perancangan Perangkat Lunak ... 26
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN UJI COBA ALAT ... 29
4.1 Data Pengamatan Perangkat Tugas Akhir...29
4.2 Perbandingan Perangkat tugas akhir dengan oximeter OxyOne...32
4.3 Pengujian Jarak Jangkauan Perangkat Tugas Akhir...33
4.4 Data Pengamatan pada perangkat lunak...34
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 35
5.1 Kesimpulan ... 35
(5)
vii Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A SKEMATIK TUGAS AKHIR
LAMPIRAN B PROGRAM PADA MIKROKONTROLER LAMPIRAN C PROGRAM C# UNTUK GUI
LAMPIRAN D DATASHEET OxyOne LAMPIRAN E DATASHEET LM741
(6)
viii Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Fungsi Setiap Pin Pada LCD 2x16 ... 17 Tabel 3.1 Desain Perangkat Lunak ... 26 Tabel 4.1 Perbandingan Nilai SpO2 Perangkat Tugas Akhir dan OxyOne ... 32 Tabel 4.2 Perbandingan Nilai SpO2 Perangkat Tugas Akhir dengan
kalibrasi dan OxyOne... 33 Tabel 4.3 Pengujian Jarak Jangkauan Perangkat Tugas Akhir ... 34
(7)
ix Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Metode Transmittance dan Reflectance ... 4
Gambar 2.2 Karakteristik Penyerapan Cahaya HbO2 dan Hb pada panjang gelombang yang berbeda ... 6
Gambar 2.3 Rangkaian Non Inverting Amplifier ... 8
Gambar 2.4 Arduino Uno ... 9
Gambar 2.5 ATmega328 ... 9
Gambar 2.6 Pin Mikrokontroler ATmega328 ... 10
Gambar 2.7 Perangkat Bleetooth HC-06 ... 14
Gambar 2.8 Rangkaian Skematik bluetooth HC-06 ... 14
Gambar 2.9 LCD 2x16 ... 17
Gambar 2.10 Konfigurasi LM741 ... 18
Gambar 3.1 Blok Diagram dari Perangkat Tugas Akhir ... 19
Gambar 3.2 Rangkain Sensor ... 20
Gambar 3.3 Rangkaian Buffer ... 21
Gambar 3.4 Rangkaian Inverting amplifier tahap pertama ... 22
Gambar 3.5 Rangkain skematik Mikrokontroler, LCD dan Bluetooth ... 23
Gambar 3.6 Diagram Alir pada perangkat keras ... 24
Gambar 3.7 Diagram alir pada Aktifkan Sensor ... 25
Gambar 3.8 Realisasi perangkat keras ... 26
Gambar 3.9 Tampilan Perangkat Lunak ... 27
Gambar 3.10 Diagram alir perangkat lunak ... 28
Gambar 4.1 Keluaran dari sensor (Vo1) ... 29
Gambar 4.2 Keluaran dari buffer (Vo2) ... 30
Gambar 4.3 Keluaran Inverting amplifier ... 31
Gambar 4.4 Tampilan SpO2 sebelum kalibrasi dalam bentuk angka dan grafik pada GUI ... 35
Gambar 4.5 Tampilan SpO2 setelah kalibrasi dalam bentuk angka dan grafik pada GUI ... 36
(8)
1 Universitas Kristen Maranatha
BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Di dalam tubuh manusia terdapat organ tubuh yang mempunyai fungsi masing masing. Seperti paru-paru, jantung, ginjal dan lainnya. Paru-paru berfungsi untuk bernafas dan jantung berfungsi untuk memompa darah keseluruh tubuh.
Pada saat paru-paru bekerja akan mendapat oksigen dari udara luar, darah akan mengikat oksigen yang didapat dan didistribusikan keseluruh tubuh melalui jantung. Oksigen didalam darah sangat dibutuhkan untuk melakukan aktivitas manusia setiap hari.
Dibidang medis, dibutuhkan alat yang dapat memonitoring kadar oksigen di dalam darah khususnya untuk pasien rawat inap. Ditubuh pasien terdapat banyak kabel dan selang yang menganggu kenyamanan pasien. Untuk mengurangi banyaknya kabel ditubuh pasien, maka monitoring dibuat berbasis nirkabel agar pasien lebih nyaman.
Untuk hal itu, pada tugas akhir ini akan membuat alat yang dapat memonitoring kadar oksigen didalam darah tubuh manusia dan dapat dimonitor dari jarak jauh menggunakan bluetooth.
1.2. Identifikasi Masalah
Permasalahan yang akan dibahas pada tugas akhir ini adalah membuat alat yang dapat memonitor kadar oksigen di dalam darah berbasis nirkabel menggunakan bluetooth.
(9)
Bab I Pendahuluan
2 Universitas Kristen Maranatha
1.3Perumusan Masalah
Perumusan masalah pada tugas akhir ini adalah :
Bagaimana cara membuat alat yang dapat menghitung kadar oksigen di dalam darah ?
Bagaimana cara mengirimkan hasil data kadar oksigen di dalam darah untuk memonitor dengan menggunakan bluetooth ?
1.4Tujuan
Tujuan dari tugas akhir ini adalah membuat alat yang dapat memonitor kadar oksigen di dalam darah berbasis nirkabel menggunakan bluetooth, dan data hasil monitor akan dikirim ke komputer dan ditampilkan dalam bentuk grafik.
1.5Pembatasan Masalah
Pembatasan masalah pada tugas akhir adalah alat yang akan direalisasikan hanya dapat memonitoring kadar oksigen di dalam darah. Kadar oksigen didalam darah dinyatakan dalam bentuk angka dan ditampilkan dalam bentuk grafik pada komputer. Alat ini dapat menunjukan persentase kadar oksigen dalam darah dan hanya dapat memonitoring 1 pasien per pengukuran. Komunikasi nirkabel yang digunakan alat ini adalah bluetooth
(10)
Bab I Pendahuluan
3 Universitas Kristen Maranatha
1.6 Sistematika penulisan
Laporan tugas akhir ini terbagi menjadi lima bab utama. Untuk memperjelas penulisan laporan ini, maka akan diuraikan secara singkat sistematika beserta uraian dari masing masing bab tersebut, yaitu :
BAB I – PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan tentang latar belakang, tujuan, pembatasan masalah, perumusan masalah, identifikasi masalah dan sistematika penulisan.
BAB 2 – LANDASAN TEORI
Bab ini akan menjelaskan tentang oksimeter, penyakit yang berhubungan dengan kadar oksigen didalam darah, dan teori-teori yang berhubungan dengan perangkat yang dibuat dalam tugas akhir ini.
BAB 3 – PERANCANGAN DAN REALISASI
Bab ini akan menjelaskan perancangan dan realisasi dari tugas akhir yang terdiri dari perangkat keras maupun perangkat lunak yang digunakan untuk membuat alat yang dapat memonitoring kadar oksigen di dalam darah berbasis nirkabel.
BAB 4 – DATA PENGAMATAN DAN UJI COBA
Bab ini ditampilkan data-data hasil pengamatan berupa grafik dan angka pada GUI dan pengujian dari Active Band Pass filter, jangkauan Bluetooth dan alat TA.
BAB 5 - KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan kesimpulan dan saran – saran dari tugas akhir yang telah diselesaikan.
(11)
37 Universitas Kristen Maranatha
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan kesimpulan dan saran – saran dari tugas akhir yang telah diselesaikan.
5.1. Kesimpulan
1. Perangkat tugas akhir yang direalisasi mempunyai error 0,51 % setelah dikalibrasi dengan OxyOne terhadap 10 orang responden yang diamati pada waktu per 10 detik dalam 1 menit.
2. Perangkat tugas akhir dapat mengirimkan data melalui bluetooh ke PC maksimal 4 meter dengan ada halangan antara PC dan perangkat tugas akhir.
5.2. Saran
1. Agar perangkat tugas dapat memonitoring lebih dari 1 pasien dalam waktu bersamaan.
(12)
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
[1] Andrey Arantra Putra,” Rancang bangun pulse oxymetry digital berbasis mikrokontroler”. Teknik Elektronika - Politeknik Elektronika Negeri Surabaya ITS Surabaya Indonesia.
[2] John Enderle, Susan Blanchard, Joseph Bronzino, “Introduction to Biomedical Engineering”.Academic Press, California-USA, 1999
[3] McGraw hill’s, “Manual of laboratory dan Diagnotic Test. Medical,2008 [4] Neil Townsend Dr, “Pulse Oximetry”. Medical electronics,2001
[5] Yousuf Jawahar,” Design of an Infrared based Blood Oxygen Saturation and Heart Rate Monitoring Device”. Electrical and Biomedical Engineering Project Report (4BI6) Department of Electrical and Computer Engineering McMaster University Hamilton, Ontario, Canada,2009.
[6] Yun-Thai Li,” Pulse Oximetry”. Department of Electronic Engineering, University of Surrey.2007.
[7] http://www.scribd.com/doc/234461580/Mikrokontroller-ATMega-328
,diakses tanggal 1 desember 2014
[8] https://agusp3rmana.wordpress.com/modulku/konsep-bahasa-pemograman-c/
, diakses 4 desember 2014
[9] http://elektronika-dasar.web.id/percobaan/karakteristik-penguat-membalik-inverting-amplifier/ diakses 4 desember 2014
(1)
ix Universitas Kristen Maranatha DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Metode Transmittance dan Reflectance ... 4
Gambar 2.2 Karakteristik Penyerapan Cahaya HbO2 dan Hb pada panjang gelombang yang berbeda ... 6
Gambar 2.3 Rangkaian Non Inverting Amplifier ... 8
Gambar 2.4 Arduino Uno ... 9
Gambar 2.5 ATmega328 ... 9
Gambar 2.6 Pin Mikrokontroler ATmega328 ... 10
Gambar 2.7 Perangkat Bleetooth HC-06 ... 14
Gambar 2.8 Rangkaian Skematik bluetooth HC-06 ... 14
Gambar 2.9 LCD 2x16 ... 17
Gambar 2.10 Konfigurasi LM741 ... 18
Gambar 3.1 Blok Diagram dari Perangkat Tugas Akhir ... 19
Gambar 3.2 Rangkain Sensor ... 20
Gambar 3.3 Rangkaian Buffer ... 21
Gambar 3.4 Rangkaian Inverting amplifier tahap pertama ... 22
Gambar 3.5 Rangkain skematik Mikrokontroler, LCD dan Bluetooth ... 23
Gambar 3.6 Diagram Alir pada perangkat keras ... 24
Gambar 3.7 Diagram alir pada Aktifkan Sensor ... 25
Gambar 3.8 Realisasi perangkat keras ... 26
Gambar 3.9 Tampilan Perangkat Lunak ... 27
Gambar 3.10 Diagram alir perangkat lunak ... 28
Gambar 4.1 Keluaran dari sensor (Vo1) ... 29
Gambar 4.2 Keluaran dari buffer (Vo2) ... 30
Gambar 4.3 Keluaran Inverting amplifier ... 31
Gambar 4.4 Tampilan SpO2 sebelum kalibrasi dalam bentuk angka dan grafik pada GUI ... 35
Gambar 4.5 Tampilan SpO2 setelah kalibrasi dalam bentuk angka dan grafik pada GUI ... 36
(2)
1 Universitas Kristen Maranatha BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Di dalam tubuh manusia terdapat organ tubuh yang mempunyai fungsi masing masing. Seperti paru-paru, jantung, ginjal dan lainnya. Paru-paru berfungsi untuk bernafas dan jantung berfungsi untuk memompa darah keseluruh tubuh.
Pada saat paru-paru bekerja akan mendapat oksigen dari udara luar, darah akan mengikat oksigen yang didapat dan didistribusikan keseluruh tubuh melalui jantung. Oksigen didalam darah sangat dibutuhkan untuk melakukan aktivitas manusia setiap hari.
Dibidang medis, dibutuhkan alat yang dapat memonitoring kadar oksigen di dalam darah khususnya untuk pasien rawat inap. Ditubuh pasien terdapat banyak kabel dan selang yang menganggu kenyamanan pasien. Untuk mengurangi banyaknya kabel ditubuh pasien, maka monitoring dibuat berbasis nirkabel agar pasien lebih nyaman.
Untuk hal itu, pada tugas akhir ini akan membuat alat yang dapat memonitoring kadar oksigen didalam darah tubuh manusia dan dapat dimonitor dari jarak jauh menggunakan bluetooth.
1.2. Identifikasi Masalah
Permasalahan yang akan dibahas pada tugas akhir ini adalah membuat alat yang dapat memonitor kadar oksigen di dalam darah berbasis nirkabel menggunakan bluetooth.
(3)
Bab I Pendahuluan
2 Universitas Kristen Maranatha 1.3Perumusan Masalah
Perumusan masalah pada tugas akhir ini adalah :
Bagaimana cara membuat alat yang dapat menghitung kadar oksigen di dalam darah ?
Bagaimana cara mengirimkan hasil data kadar oksigen di dalam darah untuk memonitor dengan menggunakan bluetooth ?
1.4Tujuan
Tujuan dari tugas akhir ini adalah membuat alat yang dapat memonitor kadar oksigen di dalam darah berbasis nirkabel menggunakan bluetooth, dan data hasil monitor akan dikirim ke komputer dan ditampilkan dalam bentuk grafik.
1.5Pembatasan Masalah
Pembatasan masalah pada tugas akhir adalah alat yang akan direalisasikan hanya dapat memonitoring kadar oksigen di dalam darah. Kadar oksigen didalam darah dinyatakan dalam bentuk angka dan ditampilkan dalam bentuk grafik pada komputer. Alat ini dapat menunjukan persentase kadar oksigen dalam darah dan hanya dapat memonitoring 1 pasien per pengukuran. Komunikasi nirkabel yang digunakan alat ini adalah bluetooth
(4)
Bab I Pendahuluan
3 Universitas Kristen Maranatha 1.6 Sistematika penulisan
Laporan tugas akhir ini terbagi menjadi lima bab utama. Untuk memperjelas penulisan laporan ini, maka akan diuraikan secara singkat sistematika beserta uraian dari masing masing bab tersebut, yaitu :
BAB I – PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan tentang latar belakang, tujuan, pembatasan masalah, perumusan masalah, identifikasi masalah dan sistematika penulisan.
BAB 2 – LANDASAN TEORI
Bab ini akan menjelaskan tentang oksimeter, penyakit yang berhubungan dengan kadar oksigen didalam darah, dan teori-teori yang berhubungan dengan perangkat yang dibuat dalam tugas akhir ini.
BAB 3 – PERANCANGAN DAN REALISASI
Bab ini akan menjelaskan perancangan dan realisasi dari tugas akhir yang terdiri dari perangkat keras maupun perangkat lunak yang digunakan untuk membuat alat yang dapat memonitoring kadar oksigen di dalam darah berbasis nirkabel. BAB 4 – DATA PENGAMATAN DAN UJI COBA
Bab ini ditampilkan data-data hasil pengamatan berupa grafik dan angka pada GUI dan pengujian dari Active Band Pass filter, jangkauan Bluetooth dan alat TA.
BAB 5 - KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan kesimpulan dan saran – saran dari tugas akhir yang telah diselesaikan.
(5)
37 Universitas Kristen Maranatha
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan kesimpulan dan saran – saran dari tugas akhir yang telah diselesaikan.
5.1. Kesimpulan
1. Perangkat tugas akhir yang direalisasi mempunyai error 0,51 % setelah dikalibrasi dengan OxyOne terhadap 10 orang responden yang diamati pada waktu per 10 detik dalam 1 menit.
2. Perangkat tugas akhir dapat mengirimkan data melalui bluetooh ke PC maksimal 4 meter dengan ada halangan antara PC dan perangkat tugas akhir. 5.2. Saran
1. Agar perangkat tugas dapat memonitoring lebih dari 1 pasien dalam waktu bersamaan.
(6)
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
[1] Andrey Arantra Putra,” Rancang bangun pulse oxymetry digital berbasis mikrokontroler”. Teknik Elektronika - Politeknik Elektronika Negeri Surabaya ITS Surabaya Indonesia.
[2] John Enderle, Susan Blanchard, Joseph Bronzino, “Introduction to Biomedical Engineering”.Academic Press, California-USA, 1999
[3] McGraw hill’s, “Manual of laboratory dan Diagnotic Test. Medical,2008 [4] Neil Townsend Dr, “Pulse Oximetry”. Medical electronics,2001
[5] Yousuf Jawahar,” Design of an Infrared based Blood Oxygen Saturation and Heart Rate Monitoring Device”. Electrical and Biomedical Engineering Project Report (4BI6) Department of Electrical and Computer Engineering McMaster University Hamilton, Ontario, Canada,2009.
[6] Yun-Thai Li,” Pulse Oximetry”. Department of Electronic Engineering, University of Surrey.2007.
[7] http://www.scribd.com/doc/234461580/Mikrokontroller-ATMega-328
,diakses tanggal 1 desember 2014
[8] https://agusp3rmana.wordpress.com/modulku/konsep-bahasa-pemograman-c/
, diakses 4 desember 2014
[9] http://elektronika-dasar.web.id/percobaan/karakteristik-penguat-membalik-inverting-amplifier/ diakses 4 desember 2014