IDENTIFIKASI PENYAKIT HALITOSIS DENGAN SENSOR GAS MENGGUNAKAN JARINGAN SYARAF TIRUAN METODE PEMBELAJARAN BACKPROPAGATION.
IDENTIFIKASI PENYAKIT HALITOSIS DENGAN SENSOR
GAS MENGGUNAKAN JARINGAN SYARAF TIRUAN
METODE PEMBELAJARAN BACKPROPAGATION
LAPORAN TUGAS AKHIR
DEKI ANDREAS PUTRA
0910453063
JURUSAN SISTEM KOMPUTER
FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2013
IDENTIFIKASI PENYAKIT HALITOSIS DENGAN SENSOR
GAS MENGGUNAKAN JARINGAN SYARAF TIRUAN
METODE PEMBELAJARAN BACKPROPAGATION
LAPORAN TUGAS AKHIR
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Sarjana Pada Jurusan
Sistem Komputer Universitas Andalas
DEKI ANDREAS PUTRA
0910453063
JURUSAN SISTEM KOMPUTER
FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2013
ii
3
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN .........................................................................
i
LEMBAR PERSETUJUAN ........................................................................
ii
PERNYATAAN KEASLIAN ......................................................................
iv
ABSTRAK ....................................................................................................
v
ABSTRACT ..................................................................................................
vi
KATA PENGANTAR .................................................................................. vii
DAFTAR ISI .................................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ........................................................................................ xiv
DAFTAR SINGKATAN .............................................................................. xv
BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................
1
1.1 Latar Belakang ...............................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah .........................................................................
2
1.3 Batasan Masalah ............................................................................
2
1.4 Tujuan ............................................................................................
3
1.5 Sistematika Penulisan ....................................................................
3
BAB II. LANDASAN TEORI .....................................................................
4
2.1 Halitosis .........................................................................................
4
2.1.1
Pengertian Halitosis ...........................................................
4
2.1.2
Penyebab Halitosis ............................................................
5
2.1.3
Diagnosis Halitosis ............................................................
5
2.2 Sensor Gas .....................................................................................
7
2.3 Rangkaian Pengkondisi Sinyal ......................................................
9
2.4 ADC (Analog Digital Converter) .................................................. 10
2.5 Arduino Uno .................................................................................. 11
2.5.1
Deskripsi Arduino Uno ...................................................... 12
2.5.2
Catu Daya .......................................................................... 12
2.5.3
Memory, Input, dan Output ............................................... 13
2.5.4
Komunikasi ........................................................................ 14
2.5.5
Programming ..................................................................... 15
2.5.6
Perangkat Lunak (Arduino IDE) ....................................... 15
2.5.7
Otomatis Software Reset ................................................... 16
2.5.8
Mikrokontroller ATMega328 ............................................ 16
2.6 Jaringan Syaraf Tiruan................................................................... 20
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ................................................. 28
3.1 Jenis Penelitian .............................................................................. 28
3.2 Desain Penelitian ........................................................................... 28
3.3 Alat dan Bahan Penelitian ............................................................. 34
3.3.1 Alat Penelitian ................................................................... 34
3.3.2
Bahan Penelitian ................................................................ 35
3.4 Perancangan Sistem ....................................................................... 35
3.4.1
Blok Diagram Sistem ......................................................... 35
3.4.2
Diagram Skema Sistem...................................................... 36
3.4.2.1 Rangkaian Sensor................................................... 36
3.4.2.2 Rangkaian ADC dan Antarmuka Data Serial ........ 37
3.4.3
Mekanik Sistem ................................................................. 38
3.5 Perancangan Software ................................................................... 39
3.5.1
Algoritma Pengkondisi Sinyal ........................................... 39
3.5.2
Diagram Alir Backpropagation ......................................... 40
3.5.3
Desain Antarmuka Pengguna ............................................ 43
3.6 Cara Pengoperasian Alat ............................................................... 44
BAB IV. HASIL DAN ANALISA ............................................................... 46
4.1 Pengujian dan Analisa Rangkaian Sistem ..................................... 46
4.1.1
Pengujian Sensor Gas TGS 2602 ....................................... 46
4.1.2
Pengujian dan Analisa Rangkaian ADC ............................ 47
4.2 Pengujian Respon Sensor Gas TGS 2602...................................... 48
4.2.1
Respon Sensor terhadap Halitosis ..................................... 49
4.2.2
Respon Sensor terhadap Sampel Acak .............................. 51
4.3 Pengujian Sistem ........................................................................... 53
4.3.1
Uji Training Backpropagation .......................................... 54
4.3.2
Uji Identifikasi Halitosis.................................................... 57
4.3.3
Uji Identifikasi Sampel Acak ............................................. 60
4.4 Analisa Hasil ................................................................................. 79
4.4.1
Analisa Training Backpropagation ................................... 79
4.4.2
Analisa Identifikasi Sistem terhadap Sampel Acak ........... 80
BAB V. PENUTUP ....................................................................................... 81
5.1 Kesimpulan .................................................................................... 81
5.2 Saran .............................................................................................. 81
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Pengukuran Organoleptik ..........................................................
6
Gambar 2.2. Halimeter ...................................................................................
6
Gambar 2.3. Sensor Gas TGS 2602 ...............................................................
7
Gambar 2.4. Tampilan Sensor dilihat dari bawah ..........................................
8
Gambar 2.5. Rasio Hambatan Sensor TGS 2602 dengan Konsentrasi Gas ...
8
Gambar 2.6. Ketergantungan Suhu dan Kelembaban pada Sensor TGS 2602
9
Gambar 2.7. Rangkaian Pembagi Tegangan ..................................................
9
Gambar 2.8. Board Arduino Uno ................................................................... 11
Gambar 2.9. Tampilan Framework Arduino Uno .......................................... 16
Gambar 2.10. Konfigurasi Pin ATMega328 .................................................. 18
Gambar 2.11. Arsitektur Backpropagation .................................................... 21
Gambar 2.12. Grafik Fungsi Aktivasi Sigmoid Biner ................................... 22
Gambar 2.13. Fungsi Aktivasi Sigmoid ........................................................ 23
Gambar 3.1. Rancangan Penelitian ................................................................ 29
Gambar 3.2. Rancangan Struktur Backpropagation ...................................... 31
Gambar 3.3. Rancangan Proses Training Bobot ........................................... 32
Gambar 3.4. Proses Identifikasi Backpropagation ........................................ 33
Gambar 3.5. Rancangan Blok Diagram Sistem ............................................. 35
Gambar 3.6. Skema Rangkaian Sensor TGS 2602 ........................................ 36
Gambar 3.7. Skematik Rangkaian ADC dan Data Serial (Arduino Uno) ...... 37
Gambar 3.8. Mekanik Sistem ......................................................................... 38
Gambar 3.9. Diagram Alir Algoritma Pengkondisi Sinyal ............................ 39
Gambar 3.10. Diagram Alir Backpropagation ............................................... 41
Gambar 3.11. Flowchart Identifikasi Backpropagation................................. 42
Gambar 3.12. Desain untuk Training Backpropagation dengan Matlab ....... 43
Gambar 3.13. Desain untuk Identifikasi Backpropagation............................ 44
Gambar 4.1. Diagram Skema Pengujian Sensor ............................................ 46
Gambar 4.2. Blok Diagram Pengukuran ADC .............................................. 48
Gambar 4.3. Grafik Respon Sensor Sampel Halitosis selama 64 Frekuensi . 49
Gambar 4.4. Grafik Respon Sensor terhadap Sampel Halitosis .................... 50
Gambar 4.5. Grafik Respon Sensor terhadap Sampel Acak 1 ....................... 52
Gambar 4.6. Grafik Respon Sensor terhadap Sampel Acak 7 ....................... 53
Gambar 4.7. Tampilan Program Training dengan Bobot Acak pada Matlab
55
Gambar 4.8. Identifikasi Sampel Halitosis untuk Percobaan 1 ..................... 58
Gambar 4.9. Identifikasi Sampel Acak 1 untuk Percobaan 1 ........................ 60
Gambar 4.10. Identifikasi Sampel Acak 2 untuk Percobaan 1 ...................... 62
Gambar 4.11. Identifikasi Sampel Acak 3 untuk Percobaan 1 ...................... 64
Gambar 4.12. Identifikasi Sampel Acak 4 untuk Percobaan 1 ...................... 66
Gambar 4.13. Identifikasi Sampel Acak 5 untuk Percobaan 1 ...................... 68
Gambar 4.14. Identifikasi Sampel Acak 6 untuk Percobaan 1 ...................... 70
Gambar 4.15. Identifikasi Sampel Acak 7 untuk Percobaan 1 ...................... 72
Gambar 4.16. Identifikasi Sampel Acak 8 untuk Percobaan 1 ...................... 74
Gambar 4.17. Identifikasi Sampel Acak 9 untuk Percobaan 1 ...................... 76
Gambar 4.18. Identifikasi Sampel Acak 10 untuk Percobaan 1 .................... 78
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Spesifikasi Sensor TGS 2602........................................................
7
Tabel 2.2. Deskripsi Arduino Uno ................................................................. 12
Tabel 2.3. Konfigurasi Port B ........................................................................ 18
Tabel 2.4. Konfigurasi Port C ........................................................................ 19
Tabel 2.5. Konfigurasi Port D ........................................................................ 19
Tabel 4.1. Data Tahanan Sensor .................................................................... 47
Tabel 4.2. Tabel Pengukuran ADC ................................................................ 48
Tabel 4.3. Respon Sensor terhadap Sampel Halitosis ................................... 50
Tabel 4.4. Respon Sensor terhadap Sampel Acak 1 ...................................... 51
Tabel 4.5. Respon Sensor terhadap Sampel Acak 7 ...................................... 52
Tabel 4.6. Sampel Data untuk Training ......................................................... 54
Tabel 4.7. Bobot Baru Hasil Training Backpropagation ............................... 56
Tabel 4.8. Identifikasi Sampel Halitosis dengan 5 kali Percobaan ................ 59
Tabel 4.9. Identifikasi Sampel Acak 1 dengan 5 kali Percobaan ................... 61
Tabel 4.10. Identifikasi Sampel Acak 2 dengan 5 kali Percobaan ................. 62
Tabel 4.11. Identifikasi Sampel Acak 3 dengan 5 kali Percobaan ................. 64
Tabel 4.12. Identifikasi Sampel Acak 4 dengan 5 kali Percobaan ................. 66
Tabel 4.13. Identifikasi Sampel Acak 5 dengan 5 kali Percobaan ................. 68
Tabel 4.14. Identifikasi Sampel Acak 6 dengan 5 kali Percobaan ................. 70
Tabel 4.15. Identifikasi Sampel Acak 7 dengan 5 kali Percobaan ................. 72
Tabel 4.16. Identifikasi Sampel Acak 8 dengan 5 kali Percobaan ................. 74
Tabel 4.17. Identifikasi Sampel Acak 9 dengan 5 kali Percobaan ................. 76
Tabel 4.18. Identifikasi Sampel Acak 10 dengan 5 kali Percobaan ............... 78
DAFTAR SINGKATAN
SINGKATAN
NAMA
Pemakaian Pertama Kali
Pada Halaman
pH
Potential of Hydrogen
1
VSCs
Volatile Sulfur Compunds
1
FFT
Fast Fourier Transform
2
DFD
Data Flow Diagram
3
PPB
Parts Per Billion
6
PPM
Parts Per Million
7
GND
Ground
8
ADC
Analog Digital Converter
10
PWM
Pulse Width Modulation
11
MHz
Mega Hearzt
11
USB
Universal Serial Bus
11
SDA
Serial Data Line
11
SCL
Serial Clock Line
11
AREF
Analog Reference
11
AVR
Automatic Voltage Regulator
11
KB
Kilo Byte
12
SRAM
Static Random Acess Memory
12
EEPROM
Electrically Erasable Programmable Read
Only Memory
12
AC-DC
Alternating Current-Direct Current
12
TTL
Transistor Transistor Logic
13
SS
Slave Select
13
MOSI
Master Out Slave In
13
MISO
Master In Slave Out
13
SCK
Serial Clock
13
LED
Light Emitting Diode
13
I2C
Integrated Integrated Circuit
13
TWI
Two Wire Interface
13
UART
Universal Asynchronous Receive Transmit
14
IDE
Integrated Development Environment
16
RISC
Reduce Instruction Set Computer
17
CISC
Completed Instruction Set Computer
17
MIPS
Million Instruction Per Second
17
PC
Personal Computer
35
MSE
Mean Square Error
44
ABSTRAK
IDENTIFIKASI PENYAKIT HALITOSIS DENGAN SENSOR GAS
MENGGUNAKAN JARINGAN SYARAF TIRUAN METODE PEMBELAJARAN
BACKPROPAGATION
Oleh :
DEKI ANDREAS PUTRA
0910453063
Penelitian ini bertujuan untuk mendeteksi bau mulut seseorang apakah halitosis atau tidak.
Halitosis merupakan suatu istilah yang digunakan untuk menerangkan adanya bau yang tidak
disukai sewaktu terhembus udara yang disebabkan sisa makanan yang tertinggal dalam rongga
mulut. Sistem yang dirancang menggunakan sensor gas TGS 2602 yang berfungsi untuk
mendeteksi kadar gas hidrogen sulfida yang terkandung pada nafas seseorang. Untuk
pengambilan keputusan, sistem ini menggunakan jaringan syaraf tiruan dengan metode
pembelajaran backpropagation. Hasil yang diperoleh dengan 5 kali pengujian adalah sampel
halitosis dapat dideteksi dengan tingkat keberhasilan 80%, sedangkan untuk sampel acak
berhasil dideteksi 2 sampel yang mengalami halitosis dengan tingkat keberhasilan masingmasing 100% dan 80%, serta 8 sampel acak lain tidak mengalami halitosis dengan tingkat
keberhasilan 100%. Dengan adanya sistem ini, diharapkan dapat dijadikan sebagai alternatif
untuk menguji apakah seseorang menderita halitosis atau tidak.
Kata kunci : Sensor Gas, Hidrogen Sulfida, Halitosis, Jaringan Syaraf Tiruan,
Backpropagation
ABSTRACT
HALITOSIS IDENTIFICATION USING GAS SENSOR WITH
BACKPROPAGATION NEURAL NETWORK METHOD
By :
DEKI ANDREAS PUTRA
0910453063
The purpose of this research is to detect whether a person has halitosis or not. Halitosis
is the name used for bad breath, which is caused by bacteria in the mouth. The system uses the
sensor TGS 2602. It's function is to detect the levels of Hydrogen Sulfide in a person’s breath.
The decision is made by using the neural network with a backpropagation method. The result
for 5 (five) tests of Halitosis samples can be detected with a success rate of 80%, whereas using
random samples, the test detected 2 samples with halitosis, one sample with a success rate of
100% and other sample with a success rate of 80% and for the other 8 (eight) samples that
didn’t contain halitosis, the success rate was 100%. This system could provide a solution for
testing if a person is suffering from halitosis.
Keywords : Gas Sensor, Hydrogen Sulfide, Halitosis, Neural Network, Backpropagation
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kesehatan mulut tidak hanya sebatas memiliki gigi yang sehat saja melainkan bebas
dari seluruh penyakit mulut termasuk kondisi di rongga mulut seperti halitosis yang dapat
mempengaruhi kualitas hidup seseorang[1]. Halitosis merupakan suatu istilah yang digunakan
untuk menerangkan adanya bau yang tidak disukai sewaktu terhembus udara yang disebabkan
sisa makanan yang tertinggal dalam rongga mulut[2],[3]. Kondisi mulut yang dapat memicu
terjadinya bau mulut yaitu meningkatnya jumlah protein makanan, potential of hydrogen (pH)
rongga mulut yang lebih bersifat alkali, meningkatnya jumlah sel-sel mati di dalam mulut dan
sel epitel nekrotik di dalam mulut[3].
Pengecekan halitosis dapat dilakukan dengan menghitung kadar Volatile Sulfur
Compounds (VSCs) yang dihembuskan melalui mulut. Beberapa penelitian[4],[5] telah
membuktikan bahwa H2S dan CH3SH pada VSCs hampir 90% menghasilkan bau, sedangkan
CH3SCH3 hanya sekitar 10%.
Untuk mendeteksi halitosis, dokter biasanya memeriksa pada bagian-bagian tubuh yang
dilewati oleh udara, yakni paru-paru, hidung, dan mulut. Terdapat beberapa cara untuk
mendeteksi apakah seseorang terkena penyakit bau mulut atau tidak, yaitu self diagnosis,
pengukuran organoleptik, dan penggunaan halimeter. Self diagnosis dilakukan dengan cara
mencium bau nafasnya sendiri. Metode ini dilakukan jika seseorang tidak ingin atau merasa
malu jika nafasnya tercium oleh orang lain, namun metode ini tidak efektif karena hasilnya
tergantung pada persepsi orang tersebut terhadap bau yang dicium dan ia pun juga tidak tahan
untuk mencium bau nafas sendiri.
Pengukuran organoleptik dilakukan dengan cara mencium langsung bau yang terpancar
dari mulut dan lidah yang disesuaikan dengan skala pengukuran dari nol sampai lima. Metode
ini sederhana karena tidak memerlukan alat pengukur khusus dan dapat digunakan pada jumlah
populasi yang banyak, namun metode ini berisiko terjadi penularan penyakit lewat udara
pernafasan. Cara lain bisa juga menggunakan halimeter, yaitu alat untuk mendeteksi halitosis
yang digunakan dalam praktek dokter gigi.
Dengan memanfaatkan sensor gas yang dapat menghasilkan sinyal listrik sebagai
fungsi interaksinya dengan senyawa kimia, dalam hal ini gas atau uap senyawa organik dimana
pengecekan halitosis diketahui berdasarkan unsur yang dominan pada bau mulut yaitu hidrogen
sulfida. Hasil deteksi sensor gas, dinyatakan pada jaringan syaraf tiruan sebagai bagian
pemroses untuk pengambilan keputusan.
Berdasarkan dari latar belakang masalah tersebut, maka dalam penelitian ini akan
digunakan sensor gas yang dapat dilakukan untuk mendeteksi udara pernafasan. Hasil deteksi
sensor tersebut diolah dan diinputkan ke jaringan syaraf tiruan untuk menghasilkan pola yang
diinginkan. Untuk itu penulis mengangkat judul tugas akhir ini, yaitu “Identifikasi Penyakit
Halitosis dengan Sensor Gas menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan Metode Pembelajaran
Backpropagation”. Dengan penelitian ini diharapkan seseorang bisa diketahui menderita
halitosis atau tidak dengan mendeteksi udara pernafasan.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah :
Apakah metode Jaringan Syaraf Tiruan Backpropagation mampu melakukan identifikasi
terhadap bau mulut berdasarkan pola data yang didapat dari metode Fast Fourier Transform
(FFT)
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :
1. Sensor gas akan mendeteksi unsur yang dominan pada bau mulut tersebut yaitu unsur
hidrogen sulfida (H2S) dan sudah dalam bentuk pola data.
2. Objek penelitian yang digunakan adalah bau mulut penderita halitosis dan bau mulut
sampel acak dengan menggunakan alat penguji yang sama.
3. Metode jaringan syaraf tiruan yang dipakai adalah metode backpropagation yang
terdiri dari input layer, hidden layer, dan output layer yang telah didapat pola datanya
berdasarkan metode FFT.
4. Perangkat lunak yang digunakan yaitu Borland Delphi 7 dan Matlab.
1.4 Tujuan
Tujuan dari pembuatan tugas akhir ini yaitu membuat sebuah sistem mengidentifikasi
penyakit halitosis, yang terdiri dari perangkat lunak dan perangkat keras memakai bau mulut
menggunakan sensor gas yang telah didapatkan pola datanya dengan metode Fast Fourier
Transform (FFT), yang kemudian akan ditraining dengan jaringan syaraf tiruan menggunakan
metode Backpropagation.
1.5 Sistematika Penulisan
Sistematika dalam penulisan tugas akhir ini akan dibagi menjadi beberapa bab sebagai
berikut :
Bab I Pendahuluan berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, dan
sistematika penulisan.
Bab II Landasan Teori berisi dasar ilmu yang mendukung pembahasan penelitian ini.
Bab III Metodologi Penelitian berisi desain sistem secara terstruktur, berupa Data Flow
Diagram (DFD) yang menunjukkan langkah-langkah proses pengerjaan tugas akhir dan
juga keterangan dari DFD tersebut. Selain itu akan dilakukan pembuatan aplikasi dan
perangkat kerasnya yang dibangun sesuai dengan permasalahan dan batasannya yang
telah dijabarkan pada bab pertama.
Bab IV Hasil dan Pembahasan akan dilakukan uji coba berdasarkan parameter-parameter yang
ditetapkan, dan kemudian dilakukan analisa terhadap hasil uji coba tersebut.
Bab V Penutup berisi kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini beserta saran untuk
pengembangan selanjutnya.
GAS MENGGUNAKAN JARINGAN SYARAF TIRUAN
METODE PEMBELAJARAN BACKPROPAGATION
LAPORAN TUGAS AKHIR
DEKI ANDREAS PUTRA
0910453063
JURUSAN SISTEM KOMPUTER
FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2013
IDENTIFIKASI PENYAKIT HALITOSIS DENGAN SENSOR
GAS MENGGUNAKAN JARINGAN SYARAF TIRUAN
METODE PEMBELAJARAN BACKPROPAGATION
LAPORAN TUGAS AKHIR
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Sarjana Pada Jurusan
Sistem Komputer Universitas Andalas
DEKI ANDREAS PUTRA
0910453063
JURUSAN SISTEM KOMPUTER
FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2013
ii
3
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN .........................................................................
i
LEMBAR PERSETUJUAN ........................................................................
ii
PERNYATAAN KEASLIAN ......................................................................
iv
ABSTRAK ....................................................................................................
v
ABSTRACT ..................................................................................................
vi
KATA PENGANTAR .................................................................................. vii
DAFTAR ISI .................................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ........................................................................................ xiv
DAFTAR SINGKATAN .............................................................................. xv
BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................
1
1.1 Latar Belakang ...............................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah .........................................................................
2
1.3 Batasan Masalah ............................................................................
2
1.4 Tujuan ............................................................................................
3
1.5 Sistematika Penulisan ....................................................................
3
BAB II. LANDASAN TEORI .....................................................................
4
2.1 Halitosis .........................................................................................
4
2.1.1
Pengertian Halitosis ...........................................................
4
2.1.2
Penyebab Halitosis ............................................................
5
2.1.3
Diagnosis Halitosis ............................................................
5
2.2 Sensor Gas .....................................................................................
7
2.3 Rangkaian Pengkondisi Sinyal ......................................................
9
2.4 ADC (Analog Digital Converter) .................................................. 10
2.5 Arduino Uno .................................................................................. 11
2.5.1
Deskripsi Arduino Uno ...................................................... 12
2.5.2
Catu Daya .......................................................................... 12
2.5.3
Memory, Input, dan Output ............................................... 13
2.5.4
Komunikasi ........................................................................ 14
2.5.5
Programming ..................................................................... 15
2.5.6
Perangkat Lunak (Arduino IDE) ....................................... 15
2.5.7
Otomatis Software Reset ................................................... 16
2.5.8
Mikrokontroller ATMega328 ............................................ 16
2.6 Jaringan Syaraf Tiruan................................................................... 20
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ................................................. 28
3.1 Jenis Penelitian .............................................................................. 28
3.2 Desain Penelitian ........................................................................... 28
3.3 Alat dan Bahan Penelitian ............................................................. 34
3.3.1 Alat Penelitian ................................................................... 34
3.3.2
Bahan Penelitian ................................................................ 35
3.4 Perancangan Sistem ....................................................................... 35
3.4.1
Blok Diagram Sistem ......................................................... 35
3.4.2
Diagram Skema Sistem...................................................... 36
3.4.2.1 Rangkaian Sensor................................................... 36
3.4.2.2 Rangkaian ADC dan Antarmuka Data Serial ........ 37
3.4.3
Mekanik Sistem ................................................................. 38
3.5 Perancangan Software ................................................................... 39
3.5.1
Algoritma Pengkondisi Sinyal ........................................... 39
3.5.2
Diagram Alir Backpropagation ......................................... 40
3.5.3
Desain Antarmuka Pengguna ............................................ 43
3.6 Cara Pengoperasian Alat ............................................................... 44
BAB IV. HASIL DAN ANALISA ............................................................... 46
4.1 Pengujian dan Analisa Rangkaian Sistem ..................................... 46
4.1.1
Pengujian Sensor Gas TGS 2602 ....................................... 46
4.1.2
Pengujian dan Analisa Rangkaian ADC ............................ 47
4.2 Pengujian Respon Sensor Gas TGS 2602...................................... 48
4.2.1
Respon Sensor terhadap Halitosis ..................................... 49
4.2.2
Respon Sensor terhadap Sampel Acak .............................. 51
4.3 Pengujian Sistem ........................................................................... 53
4.3.1
Uji Training Backpropagation .......................................... 54
4.3.2
Uji Identifikasi Halitosis.................................................... 57
4.3.3
Uji Identifikasi Sampel Acak ............................................. 60
4.4 Analisa Hasil ................................................................................. 79
4.4.1
Analisa Training Backpropagation ................................... 79
4.4.2
Analisa Identifikasi Sistem terhadap Sampel Acak ........... 80
BAB V. PENUTUP ....................................................................................... 81
5.1 Kesimpulan .................................................................................... 81
5.2 Saran .............................................................................................. 81
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Pengukuran Organoleptik ..........................................................
6
Gambar 2.2. Halimeter ...................................................................................
6
Gambar 2.3. Sensor Gas TGS 2602 ...............................................................
7
Gambar 2.4. Tampilan Sensor dilihat dari bawah ..........................................
8
Gambar 2.5. Rasio Hambatan Sensor TGS 2602 dengan Konsentrasi Gas ...
8
Gambar 2.6. Ketergantungan Suhu dan Kelembaban pada Sensor TGS 2602
9
Gambar 2.7. Rangkaian Pembagi Tegangan ..................................................
9
Gambar 2.8. Board Arduino Uno ................................................................... 11
Gambar 2.9. Tampilan Framework Arduino Uno .......................................... 16
Gambar 2.10. Konfigurasi Pin ATMega328 .................................................. 18
Gambar 2.11. Arsitektur Backpropagation .................................................... 21
Gambar 2.12. Grafik Fungsi Aktivasi Sigmoid Biner ................................... 22
Gambar 2.13. Fungsi Aktivasi Sigmoid ........................................................ 23
Gambar 3.1. Rancangan Penelitian ................................................................ 29
Gambar 3.2. Rancangan Struktur Backpropagation ...................................... 31
Gambar 3.3. Rancangan Proses Training Bobot ........................................... 32
Gambar 3.4. Proses Identifikasi Backpropagation ........................................ 33
Gambar 3.5. Rancangan Blok Diagram Sistem ............................................. 35
Gambar 3.6. Skema Rangkaian Sensor TGS 2602 ........................................ 36
Gambar 3.7. Skematik Rangkaian ADC dan Data Serial (Arduino Uno) ...... 37
Gambar 3.8. Mekanik Sistem ......................................................................... 38
Gambar 3.9. Diagram Alir Algoritma Pengkondisi Sinyal ............................ 39
Gambar 3.10. Diagram Alir Backpropagation ............................................... 41
Gambar 3.11. Flowchart Identifikasi Backpropagation................................. 42
Gambar 3.12. Desain untuk Training Backpropagation dengan Matlab ....... 43
Gambar 3.13. Desain untuk Identifikasi Backpropagation............................ 44
Gambar 4.1. Diagram Skema Pengujian Sensor ............................................ 46
Gambar 4.2. Blok Diagram Pengukuran ADC .............................................. 48
Gambar 4.3. Grafik Respon Sensor Sampel Halitosis selama 64 Frekuensi . 49
Gambar 4.4. Grafik Respon Sensor terhadap Sampel Halitosis .................... 50
Gambar 4.5. Grafik Respon Sensor terhadap Sampel Acak 1 ....................... 52
Gambar 4.6. Grafik Respon Sensor terhadap Sampel Acak 7 ....................... 53
Gambar 4.7. Tampilan Program Training dengan Bobot Acak pada Matlab
55
Gambar 4.8. Identifikasi Sampel Halitosis untuk Percobaan 1 ..................... 58
Gambar 4.9. Identifikasi Sampel Acak 1 untuk Percobaan 1 ........................ 60
Gambar 4.10. Identifikasi Sampel Acak 2 untuk Percobaan 1 ...................... 62
Gambar 4.11. Identifikasi Sampel Acak 3 untuk Percobaan 1 ...................... 64
Gambar 4.12. Identifikasi Sampel Acak 4 untuk Percobaan 1 ...................... 66
Gambar 4.13. Identifikasi Sampel Acak 5 untuk Percobaan 1 ...................... 68
Gambar 4.14. Identifikasi Sampel Acak 6 untuk Percobaan 1 ...................... 70
Gambar 4.15. Identifikasi Sampel Acak 7 untuk Percobaan 1 ...................... 72
Gambar 4.16. Identifikasi Sampel Acak 8 untuk Percobaan 1 ...................... 74
Gambar 4.17. Identifikasi Sampel Acak 9 untuk Percobaan 1 ...................... 76
Gambar 4.18. Identifikasi Sampel Acak 10 untuk Percobaan 1 .................... 78
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Spesifikasi Sensor TGS 2602........................................................
7
Tabel 2.2. Deskripsi Arduino Uno ................................................................. 12
Tabel 2.3. Konfigurasi Port B ........................................................................ 18
Tabel 2.4. Konfigurasi Port C ........................................................................ 19
Tabel 2.5. Konfigurasi Port D ........................................................................ 19
Tabel 4.1. Data Tahanan Sensor .................................................................... 47
Tabel 4.2. Tabel Pengukuran ADC ................................................................ 48
Tabel 4.3. Respon Sensor terhadap Sampel Halitosis ................................... 50
Tabel 4.4. Respon Sensor terhadap Sampel Acak 1 ...................................... 51
Tabel 4.5. Respon Sensor terhadap Sampel Acak 7 ...................................... 52
Tabel 4.6. Sampel Data untuk Training ......................................................... 54
Tabel 4.7. Bobot Baru Hasil Training Backpropagation ............................... 56
Tabel 4.8. Identifikasi Sampel Halitosis dengan 5 kali Percobaan ................ 59
Tabel 4.9. Identifikasi Sampel Acak 1 dengan 5 kali Percobaan ................... 61
Tabel 4.10. Identifikasi Sampel Acak 2 dengan 5 kali Percobaan ................. 62
Tabel 4.11. Identifikasi Sampel Acak 3 dengan 5 kali Percobaan ................. 64
Tabel 4.12. Identifikasi Sampel Acak 4 dengan 5 kali Percobaan ................. 66
Tabel 4.13. Identifikasi Sampel Acak 5 dengan 5 kali Percobaan ................. 68
Tabel 4.14. Identifikasi Sampel Acak 6 dengan 5 kali Percobaan ................. 70
Tabel 4.15. Identifikasi Sampel Acak 7 dengan 5 kali Percobaan ................. 72
Tabel 4.16. Identifikasi Sampel Acak 8 dengan 5 kali Percobaan ................. 74
Tabel 4.17. Identifikasi Sampel Acak 9 dengan 5 kali Percobaan ................. 76
Tabel 4.18. Identifikasi Sampel Acak 10 dengan 5 kali Percobaan ............... 78
DAFTAR SINGKATAN
SINGKATAN
NAMA
Pemakaian Pertama Kali
Pada Halaman
pH
Potential of Hydrogen
1
VSCs
Volatile Sulfur Compunds
1
FFT
Fast Fourier Transform
2
DFD
Data Flow Diagram
3
PPB
Parts Per Billion
6
PPM
Parts Per Million
7
GND
Ground
8
ADC
Analog Digital Converter
10
PWM
Pulse Width Modulation
11
MHz
Mega Hearzt
11
USB
Universal Serial Bus
11
SDA
Serial Data Line
11
SCL
Serial Clock Line
11
AREF
Analog Reference
11
AVR
Automatic Voltage Regulator
11
KB
Kilo Byte
12
SRAM
Static Random Acess Memory
12
EEPROM
Electrically Erasable Programmable Read
Only Memory
12
AC-DC
Alternating Current-Direct Current
12
TTL
Transistor Transistor Logic
13
SS
Slave Select
13
MOSI
Master Out Slave In
13
MISO
Master In Slave Out
13
SCK
Serial Clock
13
LED
Light Emitting Diode
13
I2C
Integrated Integrated Circuit
13
TWI
Two Wire Interface
13
UART
Universal Asynchronous Receive Transmit
14
IDE
Integrated Development Environment
16
RISC
Reduce Instruction Set Computer
17
CISC
Completed Instruction Set Computer
17
MIPS
Million Instruction Per Second
17
PC
Personal Computer
35
MSE
Mean Square Error
44
ABSTRAK
IDENTIFIKASI PENYAKIT HALITOSIS DENGAN SENSOR GAS
MENGGUNAKAN JARINGAN SYARAF TIRUAN METODE PEMBELAJARAN
BACKPROPAGATION
Oleh :
DEKI ANDREAS PUTRA
0910453063
Penelitian ini bertujuan untuk mendeteksi bau mulut seseorang apakah halitosis atau tidak.
Halitosis merupakan suatu istilah yang digunakan untuk menerangkan adanya bau yang tidak
disukai sewaktu terhembus udara yang disebabkan sisa makanan yang tertinggal dalam rongga
mulut. Sistem yang dirancang menggunakan sensor gas TGS 2602 yang berfungsi untuk
mendeteksi kadar gas hidrogen sulfida yang terkandung pada nafas seseorang. Untuk
pengambilan keputusan, sistem ini menggunakan jaringan syaraf tiruan dengan metode
pembelajaran backpropagation. Hasil yang diperoleh dengan 5 kali pengujian adalah sampel
halitosis dapat dideteksi dengan tingkat keberhasilan 80%, sedangkan untuk sampel acak
berhasil dideteksi 2 sampel yang mengalami halitosis dengan tingkat keberhasilan masingmasing 100% dan 80%, serta 8 sampel acak lain tidak mengalami halitosis dengan tingkat
keberhasilan 100%. Dengan adanya sistem ini, diharapkan dapat dijadikan sebagai alternatif
untuk menguji apakah seseorang menderita halitosis atau tidak.
Kata kunci : Sensor Gas, Hidrogen Sulfida, Halitosis, Jaringan Syaraf Tiruan,
Backpropagation
ABSTRACT
HALITOSIS IDENTIFICATION USING GAS SENSOR WITH
BACKPROPAGATION NEURAL NETWORK METHOD
By :
DEKI ANDREAS PUTRA
0910453063
The purpose of this research is to detect whether a person has halitosis or not. Halitosis
is the name used for bad breath, which is caused by bacteria in the mouth. The system uses the
sensor TGS 2602. It's function is to detect the levels of Hydrogen Sulfide in a person’s breath.
The decision is made by using the neural network with a backpropagation method. The result
for 5 (five) tests of Halitosis samples can be detected with a success rate of 80%, whereas using
random samples, the test detected 2 samples with halitosis, one sample with a success rate of
100% and other sample with a success rate of 80% and for the other 8 (eight) samples that
didn’t contain halitosis, the success rate was 100%. This system could provide a solution for
testing if a person is suffering from halitosis.
Keywords : Gas Sensor, Hydrogen Sulfide, Halitosis, Neural Network, Backpropagation
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kesehatan mulut tidak hanya sebatas memiliki gigi yang sehat saja melainkan bebas
dari seluruh penyakit mulut termasuk kondisi di rongga mulut seperti halitosis yang dapat
mempengaruhi kualitas hidup seseorang[1]. Halitosis merupakan suatu istilah yang digunakan
untuk menerangkan adanya bau yang tidak disukai sewaktu terhembus udara yang disebabkan
sisa makanan yang tertinggal dalam rongga mulut[2],[3]. Kondisi mulut yang dapat memicu
terjadinya bau mulut yaitu meningkatnya jumlah protein makanan, potential of hydrogen (pH)
rongga mulut yang lebih bersifat alkali, meningkatnya jumlah sel-sel mati di dalam mulut dan
sel epitel nekrotik di dalam mulut[3].
Pengecekan halitosis dapat dilakukan dengan menghitung kadar Volatile Sulfur
Compounds (VSCs) yang dihembuskan melalui mulut. Beberapa penelitian[4],[5] telah
membuktikan bahwa H2S dan CH3SH pada VSCs hampir 90% menghasilkan bau, sedangkan
CH3SCH3 hanya sekitar 10%.
Untuk mendeteksi halitosis, dokter biasanya memeriksa pada bagian-bagian tubuh yang
dilewati oleh udara, yakni paru-paru, hidung, dan mulut. Terdapat beberapa cara untuk
mendeteksi apakah seseorang terkena penyakit bau mulut atau tidak, yaitu self diagnosis,
pengukuran organoleptik, dan penggunaan halimeter. Self diagnosis dilakukan dengan cara
mencium bau nafasnya sendiri. Metode ini dilakukan jika seseorang tidak ingin atau merasa
malu jika nafasnya tercium oleh orang lain, namun metode ini tidak efektif karena hasilnya
tergantung pada persepsi orang tersebut terhadap bau yang dicium dan ia pun juga tidak tahan
untuk mencium bau nafas sendiri.
Pengukuran organoleptik dilakukan dengan cara mencium langsung bau yang terpancar
dari mulut dan lidah yang disesuaikan dengan skala pengukuran dari nol sampai lima. Metode
ini sederhana karena tidak memerlukan alat pengukur khusus dan dapat digunakan pada jumlah
populasi yang banyak, namun metode ini berisiko terjadi penularan penyakit lewat udara
pernafasan. Cara lain bisa juga menggunakan halimeter, yaitu alat untuk mendeteksi halitosis
yang digunakan dalam praktek dokter gigi.
Dengan memanfaatkan sensor gas yang dapat menghasilkan sinyal listrik sebagai
fungsi interaksinya dengan senyawa kimia, dalam hal ini gas atau uap senyawa organik dimana
pengecekan halitosis diketahui berdasarkan unsur yang dominan pada bau mulut yaitu hidrogen
sulfida. Hasil deteksi sensor gas, dinyatakan pada jaringan syaraf tiruan sebagai bagian
pemroses untuk pengambilan keputusan.
Berdasarkan dari latar belakang masalah tersebut, maka dalam penelitian ini akan
digunakan sensor gas yang dapat dilakukan untuk mendeteksi udara pernafasan. Hasil deteksi
sensor tersebut diolah dan diinputkan ke jaringan syaraf tiruan untuk menghasilkan pola yang
diinginkan. Untuk itu penulis mengangkat judul tugas akhir ini, yaitu “Identifikasi Penyakit
Halitosis dengan Sensor Gas menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan Metode Pembelajaran
Backpropagation”. Dengan penelitian ini diharapkan seseorang bisa diketahui menderita
halitosis atau tidak dengan mendeteksi udara pernafasan.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah :
Apakah metode Jaringan Syaraf Tiruan Backpropagation mampu melakukan identifikasi
terhadap bau mulut berdasarkan pola data yang didapat dari metode Fast Fourier Transform
(FFT)
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :
1. Sensor gas akan mendeteksi unsur yang dominan pada bau mulut tersebut yaitu unsur
hidrogen sulfida (H2S) dan sudah dalam bentuk pola data.
2. Objek penelitian yang digunakan adalah bau mulut penderita halitosis dan bau mulut
sampel acak dengan menggunakan alat penguji yang sama.
3. Metode jaringan syaraf tiruan yang dipakai adalah metode backpropagation yang
terdiri dari input layer, hidden layer, dan output layer yang telah didapat pola datanya
berdasarkan metode FFT.
4. Perangkat lunak yang digunakan yaitu Borland Delphi 7 dan Matlab.
1.4 Tujuan
Tujuan dari pembuatan tugas akhir ini yaitu membuat sebuah sistem mengidentifikasi
penyakit halitosis, yang terdiri dari perangkat lunak dan perangkat keras memakai bau mulut
menggunakan sensor gas yang telah didapatkan pola datanya dengan metode Fast Fourier
Transform (FFT), yang kemudian akan ditraining dengan jaringan syaraf tiruan menggunakan
metode Backpropagation.
1.5 Sistematika Penulisan
Sistematika dalam penulisan tugas akhir ini akan dibagi menjadi beberapa bab sebagai
berikut :
Bab I Pendahuluan berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, dan
sistematika penulisan.
Bab II Landasan Teori berisi dasar ilmu yang mendukung pembahasan penelitian ini.
Bab III Metodologi Penelitian berisi desain sistem secara terstruktur, berupa Data Flow
Diagram (DFD) yang menunjukkan langkah-langkah proses pengerjaan tugas akhir dan
juga keterangan dari DFD tersebut. Selain itu akan dilakukan pembuatan aplikasi dan
perangkat kerasnya yang dibangun sesuai dengan permasalahan dan batasannya yang
telah dijabarkan pada bab pertama.
Bab IV Hasil dan Pembahasan akan dilakukan uji coba berdasarkan parameter-parameter yang
ditetapkan, dan kemudian dilakukan analisa terhadap hasil uji coba tersebut.
Bab V Penutup berisi kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini beserta saran untuk
pengembangan selanjutnya.