T1__BAB III Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Media Pembelajaran Sistem Pengukuran Aktivitas Elektrik Jantungeadaan Oksigen dalam Darah, dan Tekanan Darah dengan Metode NonInvasive T1 BAB III
BAB III
PERANCANGAN ALAT
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan dan realisasi dari perangkat
keras, serta perangkat lunak dari media pembelajaran sistem pengukuran aktivitas
elektrik jantung, keadaan oksigen dalam darah, dan tekanan darah dengan metode noninvasive.
3.1. Blok Diagram
Gambaran sistem dan cara kerja sistem yang akan dikerjakan atau dibangun
secara terperinci akan dijelaskan oleh blok diagram di bawah ini.
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Pembelajaran Biomedical
Sistem pembelajaran biomedical terdiri dari tiga rangkaian utama, yaitu rangkaian
EKG, rangkaian PPG, dan rangkaian tekanan darah seperti pada Gambar 3.1. Data yang
diperoleh akan diproses oleh Arduino Mega 2560 kemudian ditampilkan melalui LCD.
Pilihan menu dapat dipilih dengan menekan salah satu menu pada LCD.
16
Gambar 3.2 Blok Diagram EKG
Elektroda akan dipasang pada bagian tertentu praktikan dan menjadi input untuk
module EKG AD8232. Keluaran AD8232 masuk pin analog Arduino Mega 2560 untuk
diproses. Hasil proses dari input berupa grafik sinyal aktivitas elektrik jantung dan heart
rate yang ditampilkan melalui LCD grafik touchscreen. Buzzer digunakan untuk
penanda ketika terdapat detak jantung.
Gambar 3.3 Blok Diagram PPG
LED merah dan LED inframerah memancarkan gelombang pada jari atau daun
telinga secara bergantian, gelombang yang menembus pada jari atau daun telinga akan
diterima oleh photodiode. Hasil keluaran photodiode akan diterima langsung oleh
Arduino Mega 2560 sebagai data DC, sedangkan untuk data AC diperoleh dari hasil
keluaran photodiode yang melewati bandpass filter dengan rentang frekuensi 0,5Hz
sampai 5,3Hz seperti pada Gambar 3.3. Frekuensi ini dipilih karena data PPG berada
17
pada frekuensi tersebut. Data yang didapat diproses oleh Arduino Mega 2560 untuk
mendapatkan nilai SpO2 dan heart rate yang ditampilkan melalui LCD grafik
touchscreen.
Gambar 3.4. Blok Diagram Blood Pressure
Pompa angin akan memompa handcuff mencapai tekanan 180mmHg yang dibaca
oleh sensor tekanan yang melewati bandpass active filter 0,5Hz – 5,3Hz untuk
menghilangkan noise dari handcuff. Setelah mencapai tekanan 180mmHg, solenoid
valve akan terbuka untuk menurunkan tekanan dalam handcuff sampai 60mmHg secara
perlahan. Saat tekanan turun sensor tekanan akan mencari nilai MAP untuk
mendapatkan nilai diastolik dan sistolik yang diproses oleh Arduino Mega 2560 dan
ditampilkan melalui LCD, dapat dilihat pada Gambar 3.4.
3.2. Algoritma Sistem
Pada bagian ini akan dijelaskan algoritma yang digunakan pada sistem. Algoritma
dapat dilihat dalam bentuk diagram alir pada Gambar 3.5.
18
Gambar 3.5 Diagram Alir Keseluruhan Sistem
19
Penjelasan Diagram Alir Keseluruhan Sistem
Terdapat tiga pilihan menu, yaitu EKG, PPG, dan blood pressure. Pada menu
EKG data yang didapat akan ditampilkan berupa sinyal jantung dan heart rate. Untuk
menu PPG, LED merah akan dinyalakan kemudian akan diambil data LED merah
berupa data AC, DC, dan heart rate. Setelah pengambilan data LED merah selesai, LED
merah akan mati dan LED IR akan menyala. Kemudian diambil data AC, DC, dan heart
rate. SpO2 dapat dihitung dari data yang diperoleh dari LED merah dan LED IR. Untuk
menu yang terakhir yaitu blood pressure, pompa akan menyala sampai tekanan
mencapai 180mmHg. Saat tekanan mencapai tekanan 180mmHg, pompa akan berhenti
dan solenoid valve akan terbuka untuk menurunkan tekanan secara perlahan. Kemudian
dicari nilai MAP, heart rate, sistolik, dan diastolik.
20
Gambar 3.6 Diagram Alir Menghitung Heart Rate
Penjelasan Diagram Alir Menghitung Heart Rate
Heart rate dapat dihitung dengan mencari periode sinyal. Periode sinyal dicari
dengan menghitung waktu yang dibutuhkan dari puncak sinyal ke puncak sinyal
menggunakan fungsi Millis yang ada dalam Arduino Mega 2560.
21
3.3. Realisasi Perangkat Keras
Pada bagian tersebut akan diuraikan dari realisasi perangkat keras. Perangkat
keras berukuran (30×25×10) cm3.
3.3.1. Box Alat
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan mekanik. Akan
ditampilkan bagian-bagian pada tiap komponen yang terdapat pada mekanik alat.
Gambar 3.7 Box Alat Tampak Atas
Terdapat LCD grafik touchscreen 2,8” untuk memilih menu dan sebagai
penampil hasil proses dari Arduino Mega 2560.
Gambar 3.8 Box Alat Tampak Depan
22
Berikut penjelasan masing-masing bagian pada box alat bagian depan :
1. Handcuff digunakan untuk pengukuran tekanan darah yang dililitkan pada
lengan.
2. Mechanical gauge digunakan sebagai pembanding alat ukur tekanan dari sensor
tekanan MPX5050GP.
3. DB15 digunakan sebgai penguhubung sensor PPG dengan rangkaian.
4. Sensor PPG terdiri dari LED merah, LED inframerah, dan photodiode untuk
mengukur SpO2.
5. Penghubung elektroda digunakan untuk menghubungkan elektroda pad ke
module EKG AD8232.
Gambar 3.9 Box Alat Tampak Belakang
Terdapat saklar pada box bagian belakang untuk menghidupkan atau mematikan
alat.
23
Gambar 3.10 Box Alat Bagian Dalam
Berikut penjelasan masing-masing bagian pada box bagian dalam :
1. Keran untuk mengatur keluarnya angin dari handcuff.
2. Air pump motor digunakan untuk memompa handcuff.
3. Solenoid valve digunakan untuk membuka atau menutup jalur dari handcuff ke
jalur keluar angin.
4. Arduino Mega 2560 digunakan untuk pengolah data dan pengendali sistem.
5. Rangkaian blood pressure digunakan untuk meloloskan frekuensi yang
diinginkan.
6. Sensor tekanan MPX5050GP digunakan untuk mengukur tekanan.
7. Rangkaian PPG digunakan untuk meloloskan frekuensi yang diinginkan.
8. Module EKG AD8232 digunakan untuk mengamati aktivitas elektrik jantung.
9. Regulator dan driver L293D.
10. Buzzer digunakan untuk penanda heart rate.
11. Tempat battery terdapat tiga buah battery 3,7V.
24
3.4 Rangkaian
Rangkaian dibuat dengan menggunakan software Eagle karena memiliki fitur pcb
design.
Gambar 3.11 Rangkaian Regulator
Rangkain regulator menggunakan dua komponen utama, yaitu LM7805 dan
LM7812. LM7805 berfungsi sebagai regulator 5V dan LM7812 berfungi sebagai
regulator 12V.
Gambar 3.12 Rangkaian Driver
25
Rangkain driver pada Gambar 3.12 menggunakan L293D dan transistor 2N2222.
Driver L293D digunakan untuk mengendalikan solenoid valve dan air pump motor.
Driver transistor 2N2222 digunakan untuk mengendalikan LED merah dan LED
inframerah untuk pengukuran SpO2.
Gambar 3.13 Rangkaian PPG
Rangkaian pada Gambar 3.13 merupakan bandpass active filter dengan rentang
frekuensi 0,5Hz – 5,3Hz dengan penguatan frekuensi tengah 101 kali.
Berikut perhitungan menentukan nilai komponen :
= 0,49Hz
= 101 kali
= 0,5Hz
= 5,3Hz
26
Gambar 3.14 Rangkaian Blood Pressure
Rangkaian pada Gambar 3.14 merupakan bandpass active filter dengan rentang
frekuensi 0,5Hz – 5,3Hz dengan penguatan frekuensi tengah seratus kali. Virtual
Ground (VG) digunakan sebagai tegangan refrensi agar sinyal negatif dapat terbaca oleh
Arduino Mega 2560.
Berikut perhitungan menentukan nilai komponen :
= 0,49Hz
= 100 kali
= 0,5Hz
= 5,3Hz
27
PERANCANGAN ALAT
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan dan realisasi dari perangkat
keras, serta perangkat lunak dari media pembelajaran sistem pengukuran aktivitas
elektrik jantung, keadaan oksigen dalam darah, dan tekanan darah dengan metode noninvasive.
3.1. Blok Diagram
Gambaran sistem dan cara kerja sistem yang akan dikerjakan atau dibangun
secara terperinci akan dijelaskan oleh blok diagram di bawah ini.
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Pembelajaran Biomedical
Sistem pembelajaran biomedical terdiri dari tiga rangkaian utama, yaitu rangkaian
EKG, rangkaian PPG, dan rangkaian tekanan darah seperti pada Gambar 3.1. Data yang
diperoleh akan diproses oleh Arduino Mega 2560 kemudian ditampilkan melalui LCD.
Pilihan menu dapat dipilih dengan menekan salah satu menu pada LCD.
16
Gambar 3.2 Blok Diagram EKG
Elektroda akan dipasang pada bagian tertentu praktikan dan menjadi input untuk
module EKG AD8232. Keluaran AD8232 masuk pin analog Arduino Mega 2560 untuk
diproses. Hasil proses dari input berupa grafik sinyal aktivitas elektrik jantung dan heart
rate yang ditampilkan melalui LCD grafik touchscreen. Buzzer digunakan untuk
penanda ketika terdapat detak jantung.
Gambar 3.3 Blok Diagram PPG
LED merah dan LED inframerah memancarkan gelombang pada jari atau daun
telinga secara bergantian, gelombang yang menembus pada jari atau daun telinga akan
diterima oleh photodiode. Hasil keluaran photodiode akan diterima langsung oleh
Arduino Mega 2560 sebagai data DC, sedangkan untuk data AC diperoleh dari hasil
keluaran photodiode yang melewati bandpass filter dengan rentang frekuensi 0,5Hz
sampai 5,3Hz seperti pada Gambar 3.3. Frekuensi ini dipilih karena data PPG berada
17
pada frekuensi tersebut. Data yang didapat diproses oleh Arduino Mega 2560 untuk
mendapatkan nilai SpO2 dan heart rate yang ditampilkan melalui LCD grafik
touchscreen.
Gambar 3.4. Blok Diagram Blood Pressure
Pompa angin akan memompa handcuff mencapai tekanan 180mmHg yang dibaca
oleh sensor tekanan yang melewati bandpass active filter 0,5Hz – 5,3Hz untuk
menghilangkan noise dari handcuff. Setelah mencapai tekanan 180mmHg, solenoid
valve akan terbuka untuk menurunkan tekanan dalam handcuff sampai 60mmHg secara
perlahan. Saat tekanan turun sensor tekanan akan mencari nilai MAP untuk
mendapatkan nilai diastolik dan sistolik yang diproses oleh Arduino Mega 2560 dan
ditampilkan melalui LCD, dapat dilihat pada Gambar 3.4.
3.2. Algoritma Sistem
Pada bagian ini akan dijelaskan algoritma yang digunakan pada sistem. Algoritma
dapat dilihat dalam bentuk diagram alir pada Gambar 3.5.
18
Gambar 3.5 Diagram Alir Keseluruhan Sistem
19
Penjelasan Diagram Alir Keseluruhan Sistem
Terdapat tiga pilihan menu, yaitu EKG, PPG, dan blood pressure. Pada menu
EKG data yang didapat akan ditampilkan berupa sinyal jantung dan heart rate. Untuk
menu PPG, LED merah akan dinyalakan kemudian akan diambil data LED merah
berupa data AC, DC, dan heart rate. Setelah pengambilan data LED merah selesai, LED
merah akan mati dan LED IR akan menyala. Kemudian diambil data AC, DC, dan heart
rate. SpO2 dapat dihitung dari data yang diperoleh dari LED merah dan LED IR. Untuk
menu yang terakhir yaitu blood pressure, pompa akan menyala sampai tekanan
mencapai 180mmHg. Saat tekanan mencapai tekanan 180mmHg, pompa akan berhenti
dan solenoid valve akan terbuka untuk menurunkan tekanan secara perlahan. Kemudian
dicari nilai MAP, heart rate, sistolik, dan diastolik.
20
Gambar 3.6 Diagram Alir Menghitung Heart Rate
Penjelasan Diagram Alir Menghitung Heart Rate
Heart rate dapat dihitung dengan mencari periode sinyal. Periode sinyal dicari
dengan menghitung waktu yang dibutuhkan dari puncak sinyal ke puncak sinyal
menggunakan fungsi Millis yang ada dalam Arduino Mega 2560.
21
3.3. Realisasi Perangkat Keras
Pada bagian tersebut akan diuraikan dari realisasi perangkat keras. Perangkat
keras berukuran (30×25×10) cm3.
3.3.1. Box Alat
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan mekanik. Akan
ditampilkan bagian-bagian pada tiap komponen yang terdapat pada mekanik alat.
Gambar 3.7 Box Alat Tampak Atas
Terdapat LCD grafik touchscreen 2,8” untuk memilih menu dan sebagai
penampil hasil proses dari Arduino Mega 2560.
Gambar 3.8 Box Alat Tampak Depan
22
Berikut penjelasan masing-masing bagian pada box alat bagian depan :
1. Handcuff digunakan untuk pengukuran tekanan darah yang dililitkan pada
lengan.
2. Mechanical gauge digunakan sebagai pembanding alat ukur tekanan dari sensor
tekanan MPX5050GP.
3. DB15 digunakan sebgai penguhubung sensor PPG dengan rangkaian.
4. Sensor PPG terdiri dari LED merah, LED inframerah, dan photodiode untuk
mengukur SpO2.
5. Penghubung elektroda digunakan untuk menghubungkan elektroda pad ke
module EKG AD8232.
Gambar 3.9 Box Alat Tampak Belakang
Terdapat saklar pada box bagian belakang untuk menghidupkan atau mematikan
alat.
23
Gambar 3.10 Box Alat Bagian Dalam
Berikut penjelasan masing-masing bagian pada box bagian dalam :
1. Keran untuk mengatur keluarnya angin dari handcuff.
2. Air pump motor digunakan untuk memompa handcuff.
3. Solenoid valve digunakan untuk membuka atau menutup jalur dari handcuff ke
jalur keluar angin.
4. Arduino Mega 2560 digunakan untuk pengolah data dan pengendali sistem.
5. Rangkaian blood pressure digunakan untuk meloloskan frekuensi yang
diinginkan.
6. Sensor tekanan MPX5050GP digunakan untuk mengukur tekanan.
7. Rangkaian PPG digunakan untuk meloloskan frekuensi yang diinginkan.
8. Module EKG AD8232 digunakan untuk mengamati aktivitas elektrik jantung.
9. Regulator dan driver L293D.
10. Buzzer digunakan untuk penanda heart rate.
11. Tempat battery terdapat tiga buah battery 3,7V.
24
3.4 Rangkaian
Rangkaian dibuat dengan menggunakan software Eagle karena memiliki fitur pcb
design.
Gambar 3.11 Rangkaian Regulator
Rangkain regulator menggunakan dua komponen utama, yaitu LM7805 dan
LM7812. LM7805 berfungsi sebagai regulator 5V dan LM7812 berfungi sebagai
regulator 12V.
Gambar 3.12 Rangkaian Driver
25
Rangkain driver pada Gambar 3.12 menggunakan L293D dan transistor 2N2222.
Driver L293D digunakan untuk mengendalikan solenoid valve dan air pump motor.
Driver transistor 2N2222 digunakan untuk mengendalikan LED merah dan LED
inframerah untuk pengukuran SpO2.
Gambar 3.13 Rangkaian PPG
Rangkaian pada Gambar 3.13 merupakan bandpass active filter dengan rentang
frekuensi 0,5Hz – 5,3Hz dengan penguatan frekuensi tengah 101 kali.
Berikut perhitungan menentukan nilai komponen :
= 0,49Hz
= 101 kali
= 0,5Hz
= 5,3Hz
26
Gambar 3.14 Rangkaian Blood Pressure
Rangkaian pada Gambar 3.14 merupakan bandpass active filter dengan rentang
frekuensi 0,5Hz – 5,3Hz dengan penguatan frekuensi tengah seratus kali. Virtual
Ground (VG) digunakan sebagai tegangan refrensi agar sinyal negatif dapat terbaca oleh
Arduino Mega 2560.
Berikut perhitungan menentukan nilai komponen :
= 0,49Hz
= 100 kali
= 0,5Hz
= 5,3Hz
27