TUGAS AKHIR - Syringe Pump otomatis berbasis mikrokontroler arduino uno - USD Repository
TUGAS AKHIR
SYRINGE PUMP OTOMATIS BERBASIS
MIKROKONTROLER ARDUINO UNO
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Oleh :
PRAYADI SULISTYANTO
NIM : 115114040
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
FINAL PROJECT
AUTOMATIC SYRINGE PUMP BASED
ARDUINO UNO MICROCONTROLLER
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Electrical Engineering Study Program
PRAYADI SULISTYANTO
NIM : 115114040
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 17 Juli 2013 Prayadi Sulistyanto
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
MOTTO :
Tuhan Akan Memeluk Mimpi-mimpi Orang Yang Mau
Berusaha
Skripsi ini kupersembahkan untuk, Tuhan YME yang selalu menyertaiku Ani Sulistyawati Ibunda yang tercinta,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Prayadi Sulistyanto Nomor Mahasiswa : 115114040
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah ini yang berjudul :
SYRINGE PUMP OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER
ARDUINO UNO
Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengolahnya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu memnita ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 18 Juli 2013 (Prayadi Sulistyanto)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
INTISARI
Syringe pump merupakan peralatan medis yang berfungsi untuk memasukkan obat berwujud cairan ke dalam tubuh pasien dengan ukuran dan waktu tertentu secara otomatis.Prinsip kerja syringe pump adalah mengatur laju cairan yang dimasukan ke dalam tubuh dengan satuan ml/jam.
Syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler arduino uno terdiri dari tiga bagian
yaitu : unit input, unit pengolah dan unit output. Unit input tersusun atas tombol navigasi “start”, “stop”, “reset”, dan keypad matrik 4x3 sebagai pengatur laju aliran dan sensor
linear scale yang digunakan sebagai sensor posisi dari pendorong tabung suntik. Unit
pengolah tersusun atas mikrokontroler arduino uno. Unit output tersusun atas driver motor
stepper, motor stepper yang berfungsi sebagai penggerak pendorong tabung suntik, buzzer
yang berfungsi untuk memberi peringatan ke pengguna apabila tabung suntik kosong dan LCD yang berfungsi sebagai penampil nilai laju cairan. Prinsip kerja syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler arduino uno yaitu dengan mengolah nilai input laju aliran yang dimasukkan dan mengkonversi menjadi jeda setiap langkah motor stepper dan banyak langkah motor stepper. Motor stepper digunakan untuk mendorong tabung suntik.
Semakin besar nilai jeda tiap langkah motor stepper, semakin kecil laju aliran yang dihasilkan oleh syrnge pump otomatis berbasis mikrokontroler arduino uno.
Syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler arduino uno berhasil dibuat dan
dapat bekerja dengan baik dan rentang pengaturan laju cairan 0,1 – 999 ml/jam dengan ketelitian 0,1 ml. Syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler arduino uno memiliki
error dibawah 5%.
Kata kunci : Syringe pump otomatis, mikrokontroler, Arduino Uno
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRACT
Syringe pump is a medical equipment that used to inject automatically for size and time drugs fluid into patient body. The working principle of syringe pump is to set rate of fluid that entered into the body of the ml/hour unit.
There are three main units of automation syringe pump based Arduino Uno microcontroller such as, the input unit, the processing unit, and the output unit. On the input unit, there are some navigation buttons such as start button, stop button, and reset button. Besides that inpu unit also contain a 4x3 matrix keypad and a linier scale sensor. The 4 x 3 matrix keypad used to control fluid flow rate and a linier scale sensor used to control position of the syringe plunger. The processing unit contain an Arduino Uno microcontroller. A stepper motor, buzzer, and LCD display are parts o an output unit. A stepper motor driver used to drive a syringe plunger. Buzzer used to warn the user when the syringe is empty. A LCD display used to display a fluid speed value. The working principle of automation syringe pump based Arduino Uno microcontroller is to process the flow rate input value and convert the value to give how many delay and step for motor stepper output. Stepper motor used to drive the syringe. If the greater delay value every step of stepper motor then the flow rate generated by automation syringe pump based on microcontroller Arduino Uno is smaller.
Automated syringe pump based on Arduino Uno has been successfully created and work correctly based on the range adjustment liquid rate from 0.1 until 999 ml/hour with 0,1 ml precision. Syringe pump based on microcontroller Arduino Uno has an error less than 5%.
Keywords : Automatic syringe pump, microcontroller, Arduino Uno
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya sehingga tugas akhir dengan judul “Syringe Pump Otomatis Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno” ini dapat diselesaikan dengan baik. Selama menulis tugas akhir ini, penulis menyadari bahwa ada banyak pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungan pada penulis. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ibu Ani Sulistyawati, Bapak M. Bakhrun, Mbak Sulis, Mas Agung dan saudara- saudara penulis yang senantiasa memberikan doa, semangat serta dukungan kepada penulis.
2. Ibu Ir. Prima Ari Setiyani. M.T. selaku dosen pembimbing yang dengan penuh kesabaran membimbing, memberi saran, dan kritik kepada penulis.
3. Seluruh Dosen Teknik Elektro dan seluruh Laboran Teknik Elektro yang telah memberikan ilmu dan pengetahuan kepada penulis selama kuliah.
4. Seluruh Dosen dan Karyawan Politeknik Mekatronika Sanata Dharma yang telah memberikan ilmu dan pengetahuan kepada penulis selama kuliah.
5. Sdri. Marsupiyanti yang telah memberikan semangat dan dukungan pada penulis.
6. Teman-teman alumni Politeknik Mekatronika Sanata Dharma yang sedang menempuh studi di Teknik Elektro yang telah memberikan doa, semangat dan dukungan kepada penulis.
7. Teman-teman Teknik Elektro semua angkatan yang telah memberikan semangat pada penulis.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih sangat jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca agar dalam proses penulisan dikemudian hari dapat semakin baik. Semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi semua pihak, baik bagi penulis maupun bagi pembaca. Terima kasih.
Yogyakarta, 21 Juni 2013 Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
HALAMN JUDUL (Bahasa Inggris) ....................................................................... ii
iii HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................................. iv HALAMAN PENGESAHAN ..................................................................................
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .................................................................. v
HALAMAN MOTTO HIDUP DAN PERSEMBAHAN ......................................... vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAHvii UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .................................................................
INTISARI ................................................................................................................. viii
ABSTRACT ............................................................................................................. ix
KATA PENGANTAR .............................................................................................. x
DAFTAR ISI ............................................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xv
DAFTAR TABEL .................................................................................................... xviii
xx DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................
BAB I PENDAHULUAN .........................................................................................
1 1.1. Latar Belakang ...............................................................................................
1 1.2. Tujuan dan Manfaat ........................................................................................
2 1.3. Batasan Masalah .............................................................................................
2 1.4. Metodologi Penelitian .....................................................................................
3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2.2. Modul Mikrokontroler Arduino Uno................................................................
4 2.2.1. Mikrokontroler ATmega328 ..................................................................
6 2.2.2. Timer/Counter pada Mikrokontroler Arduino Uno ................................
7 2.3. Tombol ...........................................................................................................
8 2.4. Keypad Matrik 4x3 .........................................................................................
10 2.5. Pembagi Tegangan .........................................................................................
12 2.6. Linear Scale ...................................................................................................
12 2.7. LCD (Liquid Crystal Display) ........................................................................
13 2.8. Motor Stepper .................................................................................................
15 2.9. IC L298 ..........................................................................................................
17 2.10. Buzzer ..........................................................................................................
19 2.11. Jenis Ulir Menurut Jumlah Ulir Tiap Gang (Pitch) .......................................
19 BAB III PERANCANGAN ALAT ..........................................................................
21 3.1. Layout Perancangan .......................................................................................
21 3.2. Cara Kerja Syringe Pump Otomatis Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno ....
23 3.3. Perancangan Perangkat Keras .........................................................................
24 3.3.1. Modul Mikrokontroler Arduino Uno .....................................................
24 3.3.2. Sensor Posisi dengan Linear Scale .........................................................
25 3.3.3. Tombol Navigasi ...................................................................................
27 3.3.4. Keypad Pengatur Laju Cairan .................................................................
28 3.3.5. Driver Motor Stepper ............................................................................
29
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.3.7. Buzzer ...................................................................................................
31 3.4. Perancangan Perangkat Lunak ........................................................................
31 3.4.1. Diagram Utama .....................................................................................
31 3.4.2. Diagram Alir Tombol Navigasi .............................................................
33 3.4.3. Diagram Alir Keypad Pengatur Laju Aliran ...........................................
34 3.4.4. Diagram Alir Input Linear Scale ............................................................
34 3.4.5. Diagram Alir Peringatan Buzzer ............................................................
35 3.4.6. Penentuan Laju Aliran dan Diagram Alir Gerakan Motor Stepper ..........
35 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................................
37 4.1. Hasil Implementasi Alat .................................................................................
37 4.2. Perancangan Ulang untuk Koreksi Error ........................................................
41 4.2.1. Koreksi Error Menggunakan Perangkat Keras ......................................
41 4.2.2. Koreksi Error Menggunakan Perangkat Lunak ......................................
46 4.3. Hasil Perancangan Perangkat Keras ................................................................
52 4.4. Hasil Pengujian ..............................................................................................
54 4.4.1. Pengujian Tombol Navigasi ...................................................................
54 4.4.2. Pengujian Keypad Pengatur Laju Aliran ................................................
54 4.4.3. Pengujian Driver Motor Stepper ............................................................
55 4.4.4. Pengujian Buzzer ...................................................................................
56 4.5. Analisa Perangkat Lunak ................................................................................
57 4.5.1. Implementasi Diagram Utama ...............................................................
57
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4.5.3. Implementasi Diagram Alir Keypad Pengatur Laju Aliran .....................
61 4.5.4. Implementasi Diagram Alir Input Linear Scale ......................................
64 4.5.5. Implementasi Diagram Alir Peringatan Buzzer ......................................
64 4.5.6. Implementasi Diagram Alir Gerakan Motor Stepper ..............................
65
67 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................
5.1. Kesimpulan ....................................................................................................
67 5.2. Saran ..............................................................................................................
67 DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................................
68
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Bentuk Fisik Syringe Pump TE-331 Terumo ..........................................
15 Gambar 2.12. Ilustrasi Motor Stepper Tipe Permanent Magnet (PM) ........................
20 Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem Secara Keseluruhan Syringe Pump ......................
19 Gambar 2.19. Ulir Tunggal dan Ulir Ganda ...............................................................
19 Gambar 2.18. Bentuk Fisik Buzzer ............................................................................
19 Gambar 2.17. Simbol Buzzer .....................................................................................
18 Gambar 2.16. Rangkaian IC L298 .............................................................................
16 Gambar 2.15. IC L298N ............................................................................................
16 Gambar 2.14. Prinsip Kerja Motor Stepper ................................................................
16 Gambar 2.13. Ilustrasi Motor Stepper Tipe Hybrid (HB) ...........................................
14 Gambar 2.11. Ilustrasi Motor Stepper Tipe Variable Reluctance (VR) .......................
4 Gambar 2.2. Modul Mikrokontroler Arduino Uno ......................................................
13 Gambar 2.10. Bentuk Fisik Modul LCD Topway .......................................................
12 Gambar 2.9. Slide Pot-Motorized (10k Linear Taper) ................................................
11 Gambar 2.8. Rangkaian Pembagi Tegangan ...............................................................
11 Gambar 2.7. Rangkaian Keypad Matrik 4x3 ..............................................................
10 Gambar 2.6. Bentuk Fisik Keypad Matrik 4x3 ...........................................................
5 Gambar 2.5. Rangkaian Tombol dengan Pull-up Resistor ..........................................
5 Gambar 2.4. Perangkat Lunak Arduino ......................................................................
5 Gambar 2.3. Konfigurasi Pin ATmega328/ATmega168 pada Arduino Uno .................
21 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 3.3. Dimensi Syringe Pump Otomatis Tampak Atas .....................................33 Gambar 3.14. Diagram Alir Keypad Pengatur Laju Aliran .........................................
58 Gambar 4.5. Diagram Alir Tombol Navigasi .............................................................
58 Gambar 4.4. Program Utama .....................................................................................
53 Gambar 4.3. Inisialisasi Program ...............................................................................
52 Gambar 4.2. Konstruksi Alat Syringe Pump Otomatis Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno ..............................................................................................................
36 Gambar 4.1. Blok Kontrol pada Alat Syringe Pump Otomatis Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno .....................................................................................
35 Gambar 3.17. Diagram Alir Gerakan Motor Stepper ..................................................
35 Gambar 3.16. Diagram Alir Peringatan Buzzer ..........................................................
34 Gambar 3.15. Diagram Alir Input Linear Scale .........................................................
32 Gambar 3.13. Diagram Alir Input Navigasi ...............................................................
23 Gambar 3.4. Dimensi Syringe Pump Otomatis Tampak Samping ...............................
31 Gambar 3.12. Diagram Utama ...................................................................................
30 Gambar 3.11. Rangkaian Buzzer ................................................................................
29 Gambar 3.10. Rangkaian LCD ..................................................................................
28 Gambar 3.9. Rangkaian Driver Motor Stepper ...........................................................
27 Gambar 3.8. Rangkaian Keypad Matrik 4x3 ...............................................................
25 Gambar 3.7. Rangkaian Tombol Navigasi ..................................................................
24 Gambar 3.6. Rangkaian Linear Scale .........................................................................
23 Gambar 3.5. Rangkaian Pemanfaatan Pin Mikrokontroler Arduino Uno ....................
59 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 4.7. Hasil Penekanan Tombol Navigasi “start” .............................................60 Gambar 4.8. Hasil Penekanan Tombol Navigasi “stop” ..............................................
60 Gambar 4.9. Hasil Penekanan Tombol Navigasi “reset” ............................................
61 Gambar 4.10. Diagram Alir Keypad Pengatur Laju Cairan ........................................
61 Gambar 4.11. Implementasi Diagram Alir Keypad Pengatur Laju Cairan ..................
62 Gambar 4.12. Diagram Alir Perkalian .......................................................................
63 Gambar 4.13. Implementasi Diagram Alir Perkalian ..................................................
63 Gambar 4.14. Hasil Penekanan Tombol Keypad Pengatur Laju Aliran ......................
63 Gambar 4.15. Implementasi Diagram Alir Input Linear Scale ...................................
64 Gambar 4.16. Implementasi Diagram Alir Peringatan Buzzer ....................................
64 Gambar 4.17. Hasil Coding Peringatan Buzzer ..........................................................
64 Gambar 4.18. Diagram Alir Gerakan Motor Stepper ..................................................
65 Gambar 4.19. Implementasi Diagram Alir Gerakan Motor Stepper Step 1 dan Step 2 .
66 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Konfigurasi dan Diskripsi Pin ATmega328 .................................................
6 Tabel 2.2. Konfigurasi Alternatif Port D .....................................................................
7 Tabel 2.3. Timer pada Mikrokontroler Arduino Uno ...................................................
8 Tabel 2.4. Macam-macam Saklar berdasar Konstruksinya ..........................................
9 Tabel 2.5. Spesifikasi Slide Pot-Motorized (10k Linear Taper) ...................................
13 Tabel 2.6. Konfigurasi Pin LCD Topway ....................................................................
14 Tabel 2.7. Pemberian Pulsa Motor Stepper .................................................................
17 Tabel 2.8. Konfigurasi Pin IC L298 ............................................................................
18 Tabel 2.9. Ulir ISO Metrik Normal .............................................................................
20 Tabel 3.1. Pengalamatan Input Output Mikrokontroler Arduino Uno ..........................
25 Tabel 3.2. Tombol Navigasi ........................................................................................
28 Tabel 3.3. Nilai Resistansi Tombol Keypad Matrik 4x3 ..............................................
28 Tabel 3.4. Pengalamatan Driver Motor Stepper ..........................................................
29 Tabel 3.5. Informasi yang Tertampil Dalam LCD .......................................................
30 Tabel 3.6. Pengalamatan LCD ....................................................................................
30 Tabel 3.7. Deklarasi Pin Arduino Uno ........................................................................
31 Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Syringe Pump Otomatis Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno ..............................................................................................................
38 Tabel 4.2. Data Hasil Pengujiann Laju Aliran 20 ml/jam dalam Waktu Tertentu .........
40 Tabel 4.3. Data Hasil Pengujiann Laju Aliran 50 ml/jam dalam Waktu Tertentu .........
41
Tabel 4.6. Data Hasil Pengujiann Laju Aliran 999 ml/jam dalam Waktu Tertentu .......41 Tabel 4.7. Data Hasil Pengujian Linear Scale .............................................................
42 Tabel 4.8. Data pembacaan Linear Scale Tiap Satu Putaran Motor Stepper .................
42 Tabel 4.9. Nilai Error Rata-rata dan Laju Aliran Tiap Langkah Motor Stepper ...........
46 Tabel 4.10. Data Hasil Pengujian setelah Koreksi Error Pertama ...............................
47 Tabel 4.11. Nilai Error Rata-rata dan Laju aliran Tiap Langkah Motor Stepper ..........
49 Tabel 4.12. Data Hasil Pengujian seteleah Koreksi Error Kedua ................................
49 Tabel 4.13. Bagian dari Blok Kontrol dan Fungsi dari Rangkaian ...............................
49 Tabel 4.14. Bagian dan Fungsi dari Alat .....................................................................
53 Tabel 4.15. Data Hasil Pengujian Tombol Navigasi ....................................................
54 Tabel 4.16. Data Hasil Pengujian Keypad Pengatur Laju Cairan .................................
54 Tabel 4.17. Data Hasil Pengujian Driver Motor Stepper .............................................
56 Tabel 4.18. Data Hasil Pengujian Buzzer dengan Laju aliran 1,2 ml/jam .....................
57 Tabel 4.19. Data Hasil Pengujian Buzzer dengan Laju aliran 4,8 ml/jam .....................
57 Tabel 4.20. Data Hasil Pengujian Buzzer dengan Laju aliran 10,2 ml/jam ..................
57 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR LAMPIRAN
1. LAMPIRAN LISTING PROGRAM UTAMA ................................................. L1
2. LAMPIRAN RANGKAIAN KESELURUHAN ............................................. L2
3. LAMPIRAN TABEL PENGAMBILAN DATA ............................................. L3
4. DATASHEET L298 ......................................................................................... L4
5. DATASHEET SLIDE POT-MOTORIZED ....................................................... L5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Peralatan kesehatan yang digunakan di rumah sakit terkemuka di Indonesia sudah menggunakan teknologi yang canggih. Peralatan medis yang canggih sangat membantu tenaga medis dalam penanganan pasien karena proses pengobatan dan perawatan dapat dilakukan dengan cepat dan akurat. Berbagai macam penyakit yang diderita oleh pasien kadang membutuhkan penanganan khusus seperti penanganan nyeri pasca bedah menggunakan teknik regional epidural dengan meletakan kateter epidural (meletakan tabung elastis diantara kedua selaput keras dari sumsum belakang [2] ) dan memberikan obat–obat anestetik lokal, opioid dan adjuvant lainnya pada masa pasca bedah baik secara
intermittent maupun kontinyu [1] sehingga tenaga medis harus secara rutin memberikan
obat dengan dosis tertentu kepada pasien secara tepat. Opioid adalah semua zat sintetik atau natural yang dapat berikatan dengan reseptor morfin. Opioid disebut juga sebagai
analgetik narkotika yang sering dalam anesthesia untuk mengendalikan nyeri saat
pembedahan dan nyeri pasca pembedahan [3].Penggunaan komponen elektronika, mekanika dan mikrokontroler sangat dibutuhkan dalam dunia kesehatan untuk mendapatkan tingkat akurasi dan kepresisian yang diharapkan. Peralatan medis yang menggunakan perpaduan antara elektronika, mekanika dan mikrokontroler sudah banyak dijumpai dirumah sakit terkemuka seluruh Indonesia, misalnya syringe pump yang berfungi untuk memasukan obat berwujud cairan ke dalam tubuh pasien dengan ukuran dan waktu tertentu secara otomatis. Pada penanganan nyeri pasca bedah, pasien membutuhkan obat dengan dosis tertentu secara
intermittent dan kontinyu [1]. Dengan menggunakan syringe pump maka pemberian obat
ke pasien dapat dilakukan dengan mudah dengan tingkat kepresisian yang tinggi. Hal ini sangat membantu pasien dalam proses penyembuhan dari sakit yang dideritanya.
Prinsip kerja syringe pump adalah mengatur laju cairan yang dimasukan ke dalam tubuh dengan satuan ml/jam yang berarti menyatakan jumlah cairan dalam milliliter dalam satuan jam. Syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno yang akan dibuat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
pendorong syringe yang digerakkan menggunakan motor stepper. Dengan mengatur step motor stepper maka laju cairan dapat dikendalikan.
Syringe pump yang saat ini ada dipasaran adalah Syringe Pump TE-331 Terumo
memiliki rentang pengaturan laju cairan 0,1 - 999 ml/jam untuk syringe ukuran 50 ml dengan ketelitian 0,1 ml pada rentang pengaturan laju cairan 0,1 - 99 ml/jam dan ketelitian 1ml pada rentang pengaturan laju cairan 100 - 999 ml/jam [4]. Syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno yang akan dibuat dalam penelitian ini memiliki rentang pengaturan laju cairan 0,1 - 999 ml/jam dengan ketelitian 0,1 ml.
Keunggulan dari syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno yang akan dibuat dalam penelitian ini dibandingkan dengan syringe pump yang ada dipasaran saat ini adalah laju cairan yang tetap pada ketelitian 0,1 ml.
1.2. Tujuan dan Manfaat
Tujuan yang akan dicapai adalah : Merancang dan mengimplementasikan syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno sebagai alat medis dengan rentang pengaturan laju cairan 0,1 – 999 ml/jam dengan ketelitian 0,1 ml.
Manfaat yang akan dicapai adalah : Membantu tenaga medis memasukan obat berwujud cair kedalam tubuh secara tepat dan akurat dalam jumlah dan waktu tertentu.
1.3. Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini :
a. Merancang dan mengimplementasikan syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno.
b. Menggunakan tabung suntik produk TERUMO berukuran 60ml.
c. Rentang pengaturan laju cairan antara 0.1 ml/jam sampai dengan 999 ml/jam d. Ketelitian syringe pump yang dibuat adalah 0.1 ml/jam.
e. Setpoint diatur menggunakan keypad matrik dan nilai dari setpoint akan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1.4. Metodologi Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a. Mengumpulkan referensi-referensi mengenai alat syringe pump.
b. Mengumpulkan referensi-referensi mengenai modul Arduino Uno.
c. Merancang desain sistem alat syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno.
d. Merancang desain hardware syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno.
e. Membuat hardware dari desain hardware syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno.
f. Merancang flowchart syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno.
g. Coding program dengan menggunakan software arduino.
h. Melakukan pengambilan data menggunakan gelas ukur dengan ketelitian 0,1 ml dari output laju cairan yang dihasilkan alat syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno dengan nilai setpoint. i. Melakukan pengambilan data waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan laju cairan sesuai dengan setpoint menggunakan stopwatch. j. Melakukan analisa dari hasil pengambilan data alat syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno. k. Melakukan pengambilan kesimpulan dari alat syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno yang dibuat dalam penelitian ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB II DASAR TEORI Bab ini menjelaskan tentang dasar teori yang akan dicapai dalam melakukan
perancangan syringe pump otomatis berbasis mikrokontroler Arduino Uno. Dasar teori yang akan diterapkan dalam bab ini meliputi : syringe pump, mikrokontroler Arduino Uno, tombol input, keypad matrik, linear scale, LCD, motor stepper, IC L298 dan buzzer.
2.1. Syringe Pump Syringe pump merupakan salah satu peralatan elektromedis yang berfungsi untuk
memasukan cairan obat kedalam tubuh pasien dalam jangka waktu tertentu secara teratur [5]. Prinsip kerja syringe pump adalah mengatur laju cairan yang dimasukan ke dalam tubuh dengan satuan ml/jam yang berarti menyatakan jumlah cairan dalam milliliter dalam satuan jam. Bentuk fisik syringe pump dapat dilihar pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Bentuk Fisik Syringe Pump TE-331 Terumo [4 ] Peralatan elektromedis fungsinya sama dengan syringe pump adalah infusion pump.Meskipun kedua peralatan ini mempunyai fungsi yang sama, kedua jenis pump ini ternyata mempunyai jenis atau karakteristik yang berbeda. Pada infusion pump jenis larutan obat yang dimasukan ke dalam tubuh pasien maksimal sebesar 500 cc. Sedangkan untuk syringe pump hanya sebesar 50 cc [6].
2.2. Modul Mikrokontroler Arduino Uno
Arduino Uno merupakan sebuah perangkat keras dari arduino berupa sistem minimum
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 2.2. Modul Mikrokontroler Arduino Uno [7]Mikrokontroler Arduino Uno memiliki 14 pin digital (6 pin diantaranya dapat digunakan sebagai output Pulse Width Modulation atau PWM ), input/output dan 6 pin
input analog, osilator 16 MHz, koneksi USB, konektor input tegangan, ICSP header dan
tombol reset. Modul mikrokontroler Arduino Uno ditunjukan pada gambar 2.1, sedangkan gambar 2.3 menunjukan konfigurasi pin ATmega 328 pada Arduino Uno.
Gambar 2.3. Konfigurasi pin ATmega328/ATmega168 pada Arduino Uno [7]Pemprograman modul mikrokontroler Arduino Uno menggunakan perangkat lunak arduino (gambar 2.4). ATmega328 pada arduno uno sudah terpasang bootloader yang memungkinkan pengguna untuk mengunggah kode tanpa menggunakan perangkat keras tambahan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Dalam penelitian ini mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler
ATmega328 karena kompatibilasnya dengan modul mikrokontroler Arduino Uno.
Konfigurasi alternatif port D dapat dilhat pada tabel 2.2
Port D ( PD7:0 )
2, 3, 4, 5, 6, 11, 12, 13
( PC6:0 ) Masing-masing pin pada port C memiliki resistor pull-up internal dan dapat digunakan sebagai 7 bit I/O analog. Pin PC6 digunakan sebagai input reset, tidak digunakan sebagai I/O
26, 27, 28 Port C
Masing-masing pin pada port B memiliki resistor pull-up internal dan dapat digunakan sebagai 8 bit I/O digital. Pin PB6 dan PB7 terhubung dengan Kristal 16Mhz, tidak digunakan sebagai I/O. Pin PB1- pin PB3 dapat digunakan sebagai output PWM. 1, 23, 24,25,
Fasilitas komunikasi yang dimiliki mikrokontroler Arduino Uno meliputi komunikasi antara Arduino Uno dengan komputer, Arduino Uno dengan arduino lain, dan Arduino Uno dengan mikrokontroler yang lain. ATmega328 menyediakan fasilitas USART (Universal Synchronus and Asynchronus Serial Receiverand Transmitter) pada pin D0 (Rx) dan pin D1 (Tx).
2.2.1. Mikrokontroler ATmega328
9,10, 14, 15,16,17,18,19
7 VCC Sumer tegangan positif 8, 22 GND Ground
No Pin Nama Pin Keterangan
Tabel 2.1. Konfigurasi dan diskripsi pin ATmega328 [8]sedangkan untuk penjelasan masing-masing pin dapat dilihat pada tabel 2.1 dan konfigurasi alternatif port D dapat dilihat pada tabel 2.2.
ATmega328 memiliki fungsi masing-masing pin yang dapat dilihat pada gambar 2.3
ATmega328 memiliki fitur 32 kByte downloadable flash memory, 1 kByte Electrically
Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM), 2 kByte internal Static Random-
AcessMemory (SRAM), 2 Timer/Counter 8 bit dan1 Timer/Counter 16 bit, 6 kanal PWM,
serial USART yang dapat diprogram dan frekuensi kerja dapat mencapai 20MHz [8].Port B ( PB7:0 )
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 2.2. Konfigurasi Alternatif Port D [8]No Pin Nama Pin Keterangan
AIN1 (Analog Comparator Negative Input)
13 PD7 PCINT23 (Pin Charge Interrupt 2 ) AIN0 (Analog Comparator Negative Input ) OC0A (Timer/Counter 0 Output Compare Match A
12 PD6
Output)
PCINT22 (Pin Change Interupt 22) T1 (Timer/Counter 1 External Counter Input)
11 PD5 OC0B (Timer/Counter 0 Output Compare Match B Output) PCINT21 (Pin Change Interupt 21)
XCK (USART External Clock Input/Output)
10 PD4 T0 (Timer/Counter 0 External Counter Input) PCINT20 (Pin Change Interupt 20)
INT1 (Extenal Interupt 1 Input)
9 PD3 OC2B (Timer/Counter 2 Output Compare Match B Output) PCINT19 (Pin Change Interupt 19)
INT0 (Extenal Interupt 0 Input)
8 PD2 PCINT18 (Pin Change Interupt 18) TXD (USART Output Pin)
7 PD1 PCINT17 (Pin Change Interupt 17) RXD (USART Input Pin)
6 PD0 PCINT16 (Pin Change Interupt 16)
2.2.2. Timer/Counter pada Mikrokontroler Arduino Uno
Ada tiga buah timer yang tersedia di mikrokontroler ATmega328 dan dapat dikonfigurasi untuk memenuhi kebutuhan penggunanya [9]. Fungsi dari ketiga timer tersebut dapat dilihat pada tabel 2.3.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 2.3. Timer pada Mikrokontroler Arduino Uno
Timer Fungsi Pin Output
Timer 0Pin 5 dan 6 Waktu delay dengan satuan millisecond Pengendali output PWM
Timer 1 Pengendali output PWM Pin 9 dan 10 Timer 2 Pengendali output PWM Pin 3 dan 11
Dari ketiga timer tersebut, hanya timer 0 yang dilengkapi dengan ISR (Interrupt
Service Routine) sehingga untuk keperluan PWM (Pulse Width Modulation) menggunakan
timer 1 yang akan mengatur pin 9 dan 10 sedangkan untuk timer 2 akan mengatur pin 3
dan 11.
Hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan timer adalah sebagai berikut:
1. Inisialisasi Inisialisasi dilakukan pertama kali untuk menentukan periode timer karena secara default bernilai satu detik.
2. Pengaturan periode Mikrokontroler Arduino memiliki periode minimal satu mikrodetik atau 1MHz dan
periode maksimal 8388480 mikrodetik atau 8,3 detik. Pengaturan periode ini akan merubah interrupt dan frekuensi kedua output PWM.
3. PWM Pin output untuk timer1 adalah pin 9 dan 10 sedangkan timer 2 memliki output pin 3 dan 11. Duty cycle yang dimiliki adalah 10 bit sehingga dapat diatur mulai dari nol sampai 1023.
4. Fungsi interrupt Pemanggilan fungsi interrupt dalam mikrodetik. Perlu diperhatikan dalam penggunaan fungsi interrupt karena akan berjalan pada frekuensi tinggi, atau CPU tidak akan pernah masuk ke program utama dan program akan terkunci di fungsi interrupt.
5. Mematikan pin PWM Dengan mematikan PWM maka pin tersebut dapat digunakan untuk fungsi yang lain
2.3. Tombol
Tombol adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai penghubung dan pemutus arus
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
menuju beban (output) atau dari sebuah sistem ke sistem lainya [10]. Macam-macam tombol atau saklar berdasar konstruksinya dapat dilihat pada tabel 2.4.
Tabel 2.4. Macam-macam Saklar berdasar Konstruksinya [8]Jenis Saklar (Switch) Simbol Saklar Contoh fisik SPST (Single Pole, Single Throw)
Saklar On-Off sederhana
Saklar Push-Off
Kedua terminal akan terputus selama ditekan
SPDT (Single Pole, Double Throw)
Terminal sentral (COM) akan terhubung ke salah satu terminal dan akan terputus ke terminal lainnnya dalam satu kondisi.
DPST (Double Pole, Single Throw)
Dalam kondisi On ("1") dua terminal sentral akan terhubung ke terminal pasangannya dan akan terputus ketika kondisi Off ("0")
DPDT (Double Pole, Double Throw)
Dua terminal sentral akan terhubung ke salah satu terminal pasangannya dan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Dalam perancangan alat elektronika yang menggunakan IC digital, perlu memperhatikan mengenai resistor pull-up dan resistor pull-down pada input. Tujuan dari resistor ini adalah untuk menghindari kondisi mengambang pada masukan IC. Pada IC jenis TTL, jika kaki tidak terhubung maka akan dianggap selalu mendapat logic satu (high) atau menggunakan pull-up resistor [11].