RANCANG BANGUN DETEKTOR DENYUT JANTUNG MENGGUNAKAN ELEKTRODA AG/AGCL DENGAN DFRDUINO UNO V3.0 BERBASIS PERSONAL COMPUTER.
RANCANG BANGUN DETEKTORDENYUT JANTUNGMENGGUNAKAN
ELEKTRODA Ag/AgCl DENGANDFRDUINO UNO V3.0BERBASIS
PERSONAL COMPUTER
Oleh:
Setyara Eka Putri
NIM. 4101240009
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2014
i
Rancang
Judtd Skripsi
Bangun
Menggunakan
Detektor
Elektroda
Denyut
Jantung
AglAgCI
Dengan
DFRduino UNO VJ.O Berbasis Personal Computer
Nama Mahasiswa
Setyara Eka Putri
N1M
4101240009
Program Studi.
: Fisika
Jurusan
: Fisika
Menyetujui·:
Dosen Pembimbing Skripsi,
Drs. Sehat Simatupa
g, M.Si
NIP. 19581230 198103 1 003
Mengetahui :
Jurusan Fisika
Ketua,
'
Ian, M.Sc., Ph.D
1986011 001
Tanggal Ujian : ·09 September 2014
Dr.D!JSi
NIP.19640321199003 2 001
iv
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, Puji dan syukur penulis persembahkan kepada Allah SWT,
karena atas rahmat dan hidayahNya masih berkenan memberikan kesehatan dan
hikmah kepada penulis sehingga penelitian skripsi ini dapat diselesaikan dengan
baik dan diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains.
Tema yang dipilih dalam penelitian ini adalah elektrokardiografi (ECG), dengan
judul
skripsi
adalah
“Rancang
Bangun
Detektor
Denyut
Jantung
Menggunakan Elektroda Ag/AgCl Dengan DFRduino UNO V3.0 Berbasis
Personal Computer”.
Dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada
kedua orang tua saya ayahanda tercinta Suherwanto dan ibunda tercinta
Paijah,S.Pd. adik-adik saya : Arief Fadillah dan Luzfia Sinka, serta keluarga besar
saya atas doa, dukungan dan motivasi yang diberikan selama perkuliahan hingga
selesai.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang telah
membantu menyelesaikan skripsi ini, antara lain kepada Bapak
Drs. Sehat
Simatupang, M.Si., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah membimbing
saya, serta Bapak Prof. Dr. Nurdin Bukit, M.Si., selaku dosen pembimbing
akademik, Ibu Dr. Derlina, M.Si. ,Bapak Dr. Makmur Sirait, M.Si., dan Bapak
Drs. Nurdin Siregar, M.Si., selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan
saran dan masukan untuk perbaikan skripsi ini.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada sahabat sekaligus teman
seperjuangan jurusan fisika, yaitu kepada Sri Wahyuni yang telah menemani
dalam suka dan duka, Nia Annisa Ferani, Emilia Sari, Anna Dinna, Norma
Septiani, Rahmi Febrina dan Fika Ariani. Kepada seluruh teman-teman Fisika
Non-Dik 2010. Kepada abang Philipson V Munthe, Rantonius Lumbangaol,
Firdalius Daely dan Petrianis Daely atas bantuannya selama ini. Kepada Siti
Fatimah Surbakti yang telah memberi motivasi dan menemani hari-hari saya di
kost.
v
Penulis mengucapkan terima kasih kepada sahabat terdekat sejak SMA,
Fajar Asri, Vera Ramadhani, Lailan Badriah Zaisya, Mayang Dara, dan Ayudya
Haticha atas do’a, motivasi, serta rasa persaudaraan yang telah diberikan hingga
penyelesaian studi.
Penulis juga terkhusus mengucapkan terimakasih kepada “Vikar Darma
Bakti Mendrofa” yang telah menemani saya lebih dari 2 ½ Tahun yang lalu dalam
menjalani hari-hari dan telah banyak membagi ilmunya, terutama dalam
penyusunan skripsi ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dan kelemahan dalam
penyusunan skripsi ini, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang
membangun dari pembaca untuk perbaikan dan penyempurnaan skripsi ini. Akhir
kata penulis berharap agar skripsi ini dapat memberikan manfaat baru bagi
pembaca sehingga skripsi ini memberi suatu kontribusi bagi jurusan fisika serta
dapat menjadi langkah menuju penelitian-penelitian seterusnya. Semoga skripsi
ini dapat bermanfaat dan menjadi masukan dalam perkembangan dunia sains
terutama generasi penerus kajian Fisika Instrumentasi.
Medan, September 2014
Penulis
Setyara Eka Putri
NIM. 4101240009
iii
RANCANG BANGUN DETEKTOR DENYUT JANTUNG
MENGGUNAKAN ELEKTRODA AG/AGCL DENGAN
DFRDUINO UNO V3.0 BERBASIS
PERSONAL COMPUTER.
SETYARA EKA PUTRI (NIM 4101240009)
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk membuat rancangan fisik alat pendeteksi
denyut jantung menggunakan elektroda Ag/AgCl dengan DFRduino Uno V3.0
berbasis Personal Computer, melisting pemrograman untuk interface dan untuk
mengetahui kualitas hasil tampilan grafik denyut jantung dari alat yang telah
dibuat. Detektor denyut jantung dirancang dengan sinyal elektris jantung
divisualisasikan pada Processing.
Detektor ini terdiri dari rangkain penguat instrumentasi, rangkaian high
pass filter, low pass filter dan notch filter. Sinyal tersebut diolah menjadi sinyal
digital menggunakan bahasa Java menggunakan Xoscillo yang dieksport dari Java
Processing. Hasil grafik yang ditampilkan detektor akan diolah ke Microsoft
Excel kemudian dibuat ke dalam bentuk grafik. Pengolahan sinyal elektris jantung
menggunakan DFRduino UNO V3.0 meghasilkan pola gelombang dan irama
pergerakan gelombang menyerupai alat EKG yang digunakan medis.
Dari ketiga sampel detektor denyut jantung yang di uji, perbandingan
hasil dari detektor denyut jantung yang dirancang dengan EKG medis yaitu :
Sampel I yang menghasilkan % error durasi gelombang untuk jenis gelombang
Q-R-S sebesar 30%, gelombang Q-T sebesar 8,04%, gelombang P-R sebesar
16,66 %, gelombang P sebesar 28,57% dan gelombang R-R sebesar 14,89%.
Sampel II yang menghasilkan % error durasi gelombang untuk jenis gelombang
Q-R-S sebesar 11,11%, gelombang Q-T sebesar 21%, gelombang P-R sebesar
14,28 %, gelombang P sebesar 11,11% dan gelombang R-R sebesar 8,17%.
Sampel III yang menghasilkan % error durasi gelombang untuk jenis gelombang
Q-R-S sebesar 17,64%, gelombang Q-T sebesar 3,61%, gelombang P-R sebesar
20,28 %, gelombang P sebesar 6,97% dan gelombang R-R sebesar 17,47%. Dari
data tersebut diperoleh % error rata-rata durasi gelombang yaitu untuk jenis
gelombang Q-R-S sebesar 19,58%, gelombang Q-T sebesar 10,8%, gelombang PR sebesar 17,07%, gelombang P sebesar 15,55% dan untuk gelombang 13,51%.
Berdasarkan hasil rancangan detektor diketahui bahwa perangkat
instrumentasi EKG menggunakan Elektroda Ag/AgCl memberikan pola dan
gambaran bentuk sinyal elektris jantung berdasarkan amplitudo, irama dan
interval gelombang EKG yang sudah ada.
Kata kunci : Ag/AgCl, interface, DFRduino UNO V3.0, Processing,high pass,
filter,low pass filter, notch filter, sadapan Einthoven.
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar pengesahan
Riwayat Hidup
Abstrak
Kata Pengantar
Daftar Isi
Daftar Gambar
Daftar Tabel
Daftar Lampiran
i
ii
iii
iv
vi
viii
ix
x
BAB I. PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1.2 Identifikasi Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Rumusan Masalah
1.5 Tujuan Penelitian
1.6 Manfaat Penelitian
1
4
4
4
5
5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1
Kerangka Teori
2.1.1 Organ Jantung
2.1.1.1. Permukaan Jantung
2.1.1.2. Struktur Internal Jantung
2.1.1.3. Anatomi Organ Jantung
2.1.1.4. Cara Kerja Jantung
2.1.2 Denyut Jantung
2.1.3 Elektris Jantung
2.1.4 Elektrokardiografi (EKG)
2.1.4.1. Prinsip Kerja Elektrokardiografi
2.1.4.2. Garis EKG
2.1.5 Embeded System
2.1.5.1. Pengertian
2.1.5.2. Karakteristik
2.1.5.3. Contoh Penggunaan
2.1.6 Graph Interface
2.1.7 Teori Komponen
2.1.7.1. Komponen Utama
2.1.7.2. Komponen Tambahan
2.1.7.3. Penguat Instrumentasi
2.1.7.4.Rangkaian Penguat Non-Inverting
2.1.7.5. Filter
6
6
7
8
8
10
11
12
13
14
18
19
19
20
22
22
23
23
27
28
34
35
vii
2.1.7.6. High Pass Filter
2.1.7.7. Low Pass Fiter
2.1.7.8. Notch Filter
2.1.7.9. Rangkaian Clamper
2.1.8 Analog to Digital Converter (ADC)
2.1.8.1. Konversi ADC
2.1.8.2. Fitur ADC Mikrokontroler AVR ATMega 16/32
2.2
Kerangka Konsep
37
38
39
40
41
42
43
46
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
48
3.1
Tempat dan Waktu Penelitian
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat-Alat Penelitian
3.2.2 Bahan Penelitian
3.3 Prosedur Penelitian
3.4 Rancangan Penelitian
3.4.1 Rangkaian Instrumentasi
3.4.1.1 Rangkaian Penguat Penyangga
3.4.1.2 Rangkaian Penguat Diferensial
3.4.2 Rangkaian High Pass Filter
3.4.3 Rangkaian Low Pass Filter
3.4.4 Rangkaian Notch Filter
3.4.5 Skema Rancangan Penelitian
3.4.6 Rancangan Program
3.5
Analisis Data
3.6
Diagram Alir Penilitian
48
48
48
48
49
50
50
50
51
52
53
54
56
56
56
57
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
59
4.1.
4.2.
59
65
Hasil Penelitian
Pembahasan
BAB V. KESIMPULAN
67
5.1.
5.2.
67
68
Kesimpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
69
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Fungsi khusus Port A
Tabel 3.1. Alat Penelitian
Tabel 3.2. Bahan Penelitian
Tabel 4.1. Perbandingan Jenis gelombang EKG
Tabel 4.2. %error detektor yang dirancang dengan EKG medis
Tabel 4.3. Perbandingan detektor denyut jantung yang dirancang
dengan penelitian sebelummnya
45
48
48
63
63
64
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Jantung dan bagian-bagiannya
Gambar 2.2. Sinyal listrik yang dihasilkan aktivitas kelistrikan
Gambar 2.3. Gelombang EKG Normal
Gambar 2.4 Interpretasi EKG Normal
Gambar 2.5. DFRduino UNO V3.0
Gambar 2.6. Elektroda Ag/AgCl
Gambar 2.7. Kabel NYA
Gambar 2.8. Kabel NYM
Gambar 2.9. Kabel NYY
Gambar 2.10. Buzzer Module
Gambar 2.11. LED
Gambar 2.12. Rangkaian Equivalen
Gambar 2.13. Suatu Penguat Instrumentasi
Gambar 2.14. Rangkaian Penguat Deferensial
Gambar 2.15. Rangkaian Penguatan Common Mode
Gambar 2.16. Rangkaian Pertama Penguat Instrumentasi
Gambar 2.17. Penguat Deferensial Presisi
Gambar 2.18. Rangkaian Penguat Non-Inverting
Gambar 2.19. High Pass Filter
Gambar 2.20. Rangkaian dan karkteristik frekuensi dari LPF
Gambar 2.21. Rangkaian notch filter
Gambar 2.22. Karakteristik notch filter
Gambar 2.23. Rangkaian Clamper
Gambar 2.24. Kecepatan sampling
Gambar 2.25. Pin ADC- ATMega 16/32
Gambar 2.26. Blok Diagram AVR ATMega 32
Gambar 3.1. Rangkaian Penguat Intrumentasi Menggunakan IC LM324
Gambar 3.2. Rangkaian Penguat Penyangga Menggunakan IC LM324
Gambar 3.3. Rangkaian Penguat Diferensial Menggunkan IC LM324
Gambar 3.4. Rangkaian High Pass Filter
Gambar 3.5. Rancangan Rangkaian Low Pass Filter
Gambar 3.6. Rangkaian Notch Filter
Gambar 4.1. Tampilan Grafik EKG Medis Sampel I
Gambar 4.2. Tampilan Grafik aVR Pada Sampel I
Gambar 4.3. Tampilan Grafik aVR Sampel I pada Microsot Excel
Gambar 4.4. Tampilan Grafik EKG Medis Sampel II
Gambar 4.5. Tampilan Grafik aVR Pada Sampel II
Gambar 4.6. Tampilan Grafik aVR Sampel II pada Microsot Excel
Gambar 4.7. Tampilan Grafik EKG Medis
Gambar 4.8. Tampilan Grafik aVR Pada Sampel III
Gambar 4.9. Tampilan Graik aVR Sampel III pada Microsot Excel
9
14
15
19
24
25
26
27
27
28
28
29
30
30
31
32
34
34
37
38
39
39
40
42
43
44
50
51
52
53
54
55
59
60
60
61
61
61
62
62
62
x
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran A. Rancangan Rangkaian
Lampiran B. Listing Pemrograman
Lampiran C. Dokumentasi Penelitan
Lampiran D. Hasil Pemeriksaan EKG
Lampiran E. Surat Penelitian
72
73
80
83
89
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kesehatan merupakan bagian penting bagi manusia karena dengan sehat
dapat melakukan berbagai kegiatan dan berpikir dengan baik. Jantung adalah
organ paling penting pada tubuh manusia yang harus dijaga kesehatannya.
Jantung akan mengontrol peredaran darah keseluruh tubuh. Untuk mengetahui
keadaan jantung diperlukan alat yang dapat menghitung denyut jantung. Penyakit
jantung menjadi jenis penyakit mematikan dan menjadi penyebab kematian
tertinggi di berbagai Negara berkembang bahkan di Negara maju sekalipun.
Dengan detak jantung pula dapat diketahui jenis penyakit yang diderita oleh
pasien. (Isnaeni, 2009).
Perkembangan teknologi elektronika yang berhubungan dengan dunia
medis saat ini semakin bertambah pesat. Banyak alat-alat kedokteran berbasis
teknologi elektronika digunakan di rumah sakit. Salah satu diantaranya alat
perekam denyut jantung. Penyakit jantung seringkali terlambat disadari oleh
penderita karena merasa enggan untuk sekedar memeriksakan apakah tubuhnya
sehat ataukah tidak. Seorang ahli kesehatan menyatakan bahwa diantara gejalagejala penyakit jantung yang seringkali kurang mendapat perhatian adalah
serangan jantung tidak khas dimana gejalanya adalah seperti masuk angin biasa.
(Yudhanegara, 2011).
Apabila jantung mengalami kerusakan sekecil apapun pada salah satu
komponen penyusunnya, maka tubuh manusia akan terkena dampaknya.
Kegagalan fungsi
jantung
dapat mengakibatkan
berbagai macam penyakit
jantung. Menurut data WHO, merupakan penyebab kematian terbesar pada
manusia. Kelainan pada irama detak jantung (murmur) juga dapat menunjukkan
adanya penyakit jantung. Murmur ini memiliki siklus berulang dimana masingmasing siklus memiliki rentang waktu disebut dengan durasi sampel. Jenis
penyakit jantung yang paling sering menyerang manusia karena kelainan tersebut
adalah kelainan pada katup jantung dan kelainan bawaan sejak lahir (pada sekat
jantung). (Sirait, 2011)
1
2
Mahalnya alat kedokteran dan kurangnya waktu seseorang untuk
melakukan pemeriksaan di rumah
sakit
menyulitkan
seseorang
untuk
mengawasi kesehatan, terutama kesehatan jantung. Untuk itu dibutuhkan alat
sederhana yang memiliki kemudahan dalam pengoperasiannya dan dapat
digunakan di rumah walaupun saat sedang beraktifitas. (Santi, 2013)
Dalam perkembangan teknologi dewasa ini, komputer adalah sarana
sangat tepat untuk mengerjakan tugas tersebut. Gagasan untuk menggunakan
komputer dalam mendeteksi detak jantung didasarkan pada kegiatan yang
membutuhkan rutinitas dan tingkat ketelitian sangat tinggi serta waktu antisipasi
yang cepat. Alat tersebut dapat merekam sinyal detak jantung dalam waktu
tertentu dan memberikan informasi berapa detak jantung dalam satu menit dan
tinggi rendahnya sinyal detak jantung tersebut.
Dalam penelitian Anwar (2009), rangkaian setiap output yang dihasilkan
oleh elektroda (sensor) harus dipasangkan dioda, berfungsi untuk mengontrol atau
mengamankan sinyal input positif dan sinyal input negatif menuju komponen
analog device AD624AD. Komponen ini berfungsi untuk memudahkan
memonitor sinyal yang dihasilkan oleh jantung, sinyal input yang ditangkap oleh
komponen ini dapat diperkuat sampai 1000 kali. Adapun faktor gangguangangguan, terdapat pada rangkaian ini yaitu: sistem pentanahan (grounding),
bahan logam atau aluminium dan pengaruh medan magnet.
Dalam penelitian Hidayat (2013), perancangan EKG dibuat menggunakan
penguat instrumentasi untuk menguatkan sinyal dari sensor Ag/AgCl. Rangkaian
filter dari high pass filter dan notch filter digunakan untuk mengurangi noise pada
frekuensi rendah antara 0 sampai 1 Hz dihasilkan oleh tubuh dan juga meredam
noise yang ditimbulkan oleh interferensi jala-jala pada frekuensi 50 Hz.
Pengolahan sinyal peralatan EKG menggunakan rangkaian high pass filter dan
notch filter, yaitu pengolahan sinyal EKG dengan penambahan filter dari
rangkaian high pass filter dan notch filter membentuk sinyal defleksi positif pada
deteksi listrik depolarisasi ventrikel jantung. Sinyal positif yang dideteksi
mewakili depolarisasi otot miokardium (kontraksi ventrikel). Sinyal masukan
analog dari rangkaian EKG tadi akan dikonversikan oleh ADC menjadi sinyal
3
digital yang dapat terbaca oleh komputer dengan menggunakan bahasa
pemrograman Turbo Pascal. Pada penilitian ini, perlu ditingkatkan pemrograman
fast fourier transformation (FFT) untuk pengolahan sinyal EKG, agar diperoleh
interval gelombang dan gelombang amplitude secara berulang dan simetris dan
penambahan rangkaian penguat yang dapat melengkapi titik-titik sadapan.
Alat detektor denyut jantung berbasis mikrokontroler dapat menggunakan
elektroda Ag/AgCl yang mampu menangkap sinyal denyut jantung. Dengan
menggunakan pengantarmukaan parallel pada komunikasinya, proses ini
mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital, diteruskan ke komputer melalui
perangkat DFRduino UNO V3.0. Kelebihan dari perangkat mikrokontroller
DFRduino UNO V3.0 yaitu relevan, efisien, dan compatible. DFRduino UNO
V3.0 mudah digunakan yakni tidak perlu menginstal bootloadernya, dengan
memasukkan koding program pada Arduino software maka DFRduino UNO
secara otomatis menjalankan perintah yang dilisting. Dengan penggunaan kit
board DFRduino UNO V3.0, perancangan detektor denyut jantung menjadi lebih
mudah untuk menghubungkan PC dan Elektroda Ag/AgCl. Bahasa pemrograman
C pada Arduino digunakan untuk menampilkan data denyut jantung dalam bentuk
stream pada serial port, kemudian menggunakan software processing dengan
bahasa pemrograman Java untuk merubah data serial tersebut menjadi grafik dari
denyut jantung kemudian dapat dihitung besarnya frekuensi dari denyutan jantung
tersebut dalam satuan bpm (beats perminute).
Berdasarkan hal diatas yang telah dipaparkan maka penulis meneruskan
penelitian sebelumnya, merancang suatu alat detector denyut jantung dengan
persen ralat dari alat yang dirancang diperkirakan sebesar 10% dengan
menggunakan rangkaian Low Pass Filter dan mikrokontroler ATMega 328 yang
ada pada DFRduino UNO V3.0 menggunakan bahasa pemrograman Java Serial
Edition 7 menggunakan metode Fast Fourier Transform (FFT) yang secara
otomatis telah terinclude pada program Java Serial Edition 7 , dengan
mengangkat Judul : “ Rancang Bangun Detektor Denyut Jantung Menggunakan
Elektroda Ag/Ag Cl Dengan DFRduino UNO V3.0 Berbasis Personal Computer
“
4
1.2
Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas peneliti mengidentifikasi masalah
sebagai berikut :
1.
Belum adanya alat pendeteksi denyut jantung yang murah dan mudah
digunakan.
2.
Belum adanya alat pendeteksi denyut jantung yang sederhana dan
praktis.
3.
Belum adanya penelitian menggunakan detektor denyut jantung
menggunakan mikrokontroler DFRduino UNO V3.0.
1.3
Batasan Masalah
Berdasarkan uraian diatas, penelitian ini dibatasi pada :
1.
Rancangan detektor denyut jantung menggunakan elektroda Ag/AgCl
dengan DFRduino Uno V3.0 berbasis Personal Computer.
2.
1.4
Tampilan hasil dalam bentuk grafik dilayar monitor komputer.
Rumusan Masalah
Mengacu pada permasalahan yang ada, maka dalam perencanaan dan
pembuatan alat ini diutamakan pada hal-hal sebagai berikut:
1.
Bagaimana rancangan sebuah alat yang mampu mendeteksi denyut
jantung menggunakan elektroda Ag/AgCl dengan DFRduino Uno
V3.0 berbasis Personal Computer ?
2.
Bagaimana melisting program pada alat yang dirancang agar
mendapatkan tampilan grafik yang sesuai dengan standar E K G
didunia medis ?
3.
Bagaimana kualitas hasil tampilan pola grafik denyut jantung dari alat
yang telah dibuat ?
5
1.5
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1.
Untuk membuat rancangan fisik alat pendeteksi denyut jantung
menggunakan elektroda Ag/AgCl dengan DFRduino Uno V3.0
berbasis Personal Computer ?
2.
Untuk membuat listing program pada alat yang dirancang agar
mendapatkan tampilan grafik yang sesuai dengan standar E K G
didunia medis.
3.
Untuk mengetahui kualitas hasil tampilan grafik denyut jantung dari
alat yang telah dibuat.
1.6
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan untuk memberikan alternatif perangkat EKG
(elektrokardiograf) yang murah dan mudah dalam pengoperasiannya untuk
mendeteksi denyut jantung yang ditampilkan pada layar monitor Personal
Computer (PC) yang sesuai standar didunia medis.
67
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dari detektor denyut jantung menggunakan
DFRduino UNO V3.0, disimpulkan:
1. Telah dilakukan pembuatan rancangan fisik detektor denyut jantung
menggunakan Elektroda Ag/AgCl dengan DFRduino UNO V3.0 berbasis
Personal Computer. Rangkaian detektor denyut jantung yang telah dirancang
bekerja dengan baik, namun masih terdapat noise dari gerakan tubuh sampel
dan jala-jala listrik dikarenakan rancangan filter yang masih belum lengkap
terutama pada rancangan notch filter belum mampu meredam noise pada
frekuensi 50Hz.
2. Telah dibuat susunan listing program pada sketch arduino dan sketch java
processing sehingga tampilan grafik untuk setiap jenis gelombang P-QRS-T
yang dihasilkan detektor denyut jantung menyerupai grafik EKG medis.
3. Kualitas grafik dan irama sinyal yang dihasilkan detektor denyut jantung
yang telah dirancang menyerupai parameter EKG medis yang sudah ada. Dari
ketiga sampel detektor denyut jantung yang di uji, perbandingan hasil dari
detektor denyut jantung yang dirancang dengan EKG medis yaitu : Sampel I
yang menghasilkan % error durasi gelombang untuk jenis gelombang Q-R-S
sebesar 30%, gelombang Q-T sebesar 8,04%, gelombang P-R sebesar 16,66
%, gelombang P sebesar 28,57% dan gelombang R-R sebesar 14,89%.
Sampel II yang menghasilkan % error durasi gelombang untuk jenis
gelombang Q-R-S sebesar 11,11%, gelombang Q-T sebesar 21%, gelombang
P-R sebesar 14,28 %, gelombang P sebesar 11,11% dan gelombang R-R
sebesar 8,17%. Sampel III yang menghasilkan % error durasi gelombang
untuk jenis gelombang Q-R-S sebesar 17,64%, gelombang Q-T sebesar
3,61%, gelombang P-R sebesar 20,28 %, gelombang P sebesar 6,97% dan
gelombang R-R sebesar 17,47%. Dari data tersebut diperoleh % error ratarata durasi gelombang yaitu untuk jenis gelombang Q-R-S sebesar 19,58%,
68
gelombang Q-T sebesar 10,8%, gelombang P-R sebesar 17,07%, gelombang
P sebesar 15,55% dan untuk gelombang 13,51%.
5.2
Saran
Untuk perancangan EKG ini lebih baik kedepannya, diharapkan ada
perbaikan dan pengembangan untuk mendapatkan sinyal EKG yang lebih tepat
yaitu :
Dalam penguat instrumentasi sebaiknya menggunakan IC AD620 atau
INA121.
Perlu
ditambahkan
penguat
tambahan,
proteksi
tegangan
lebih,
penambahan titik-titik sadapan dan penyempurnaan rangkaian notch filter
untuk mengurangi noise yang ditimbulkan oleh gerakan otot dan jala-jala
listrik.
Penggunaan bahasa pemrograman seterusnya dapat ditingkatkan dalam
penskalaan sehingga akurasi grafik rancangan dapat dikonsultasikan ke
dokter ahli jantung.
Penggunaan LCD sebagai tampilan output grafik EKG agar lebih mudah
dan praktis untuk digunakan.
Penggunaan jenis elektroda yang lebih sensitif agar input dari tubuh
terbaca dengan baik.
69
DAFTAR PUSTAKA
Ajimedia, (2011), Fungsi dan Cara Kerja Jantung. Retrieved November 25, 2011,
from http://ajimedia.com/186/fungsi-dan-cara-kerja-jantung-manusia.
Diakses tanggal 03 Maret 2014.
Anwar, S., (2009), Rancang Bangun Elektrokardiograph Berbasiskan Personal
Computer. Jurnal electron, Vol 1 No. 1-11-19.
Azhar, A., (2009), Studi Identifikasi Sinyal Ecg Irama Myocardial
Ischemia Dengan Pendekatan Fuzzy Logic (paper). BandungInstitut Teknologi Sepuluh November. Volume 7, Nomor 4,
Juli 2009 : 193–206.
Darmawansyah, A., Susanto, A., Widodo, T.S., dan Abraha, K., (2006),
Pembuatan Elektrokardiograf (ECG) Teknologi Hibrid Menggunakan
Komponen Surface Mounting Device (SMD), Jurnal Teknik, Vol. 13
No. 3: 228-243.
Elektronika Dasar, (2012), http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/adcanalog-to-digital-convertion/comment-page-1/. Diakses tanggal 07
Maret 2014.
Elektronika Dasar, (2012), http://elektronika-dasar.web.id/teori
elektronika/rangkaian-clamper-penggeser-sinyal/. Diakses tanggal 22
Agustus 2014.
Fajar, A., (2013), Elektroda Medika (Catatan Kuliah di Teknik Elektro).
http://www.kuliah.andifajar.com/elektroda-medika/ . Diakses tanggal
06 Maret 2014.
Hidayat, Y., (2013), Rancang Bangun dan Pengolahan Sinyal ECG Menggunakan
High Pass Filter dan Notch Filter ., Skripsi, FMIPA, Unimed, Medan.
Ilham, (2009), ADC (Analog to Digital Converter),
http://www.oocities.org/ilham_aez/artikel/analog/ADC.html. Diakses
tanggal 07 Maret 2014
Isnaeni, D., N., (2009), Pembuatan Alat Perekam Denyut Jantung Berbasiskan
Komputer., Skripsi, FTI, Universitas Gunadarma, Depok.
Limchinyoung, (2010), Organ Jantung.
http://hirudoclinic.com/hi/index.php?option=com_content&view=sectio
n&id=9&layout=blog&Itemid=57. Diakses tanggal 03 Maret 2014.
70
Mahmud, F., (2011), Dasar Teori Mikrokontroller ATMega 32.
http://fmpunya.blogspot.com/2012/06/dasar-teori-mikrokontrolleratmega-32.html#. Diakses tanggal 07 Juli 2014.
Marseno, (2010), http://marsenorhudy.wordpress.com/2010/10/03/45/. Diakses 03
Maret 2014.
Pambudi, (2011), Pengertian Sistem Embedded.
http://fitrianp.wordpress.com/2011/09/27/pengertian-sistemembedded/. Diakses Tanggal 04 Maret 2014.
Riyana, S., (2010), Jantung, http://slaraska2.wordpress.com/jantung/. Diakses
tanggal 03 Maret 2014..
Santi, F., A., (2013), Perhitungan Detak Jantung Menggunakan Grove Chest
Strap Heart Rate Sensor menggunakan Arduino Uno., Tugas UAS,
FTI, UIN Syarif Hidayatullah, Jakarta.
Sensors, Instrumentation & Electronics, (2012),
http://instrumentasi.lecture.ub.ac.id/penguat-biopotensial/. Diakses
tanggal 09 Maret 2014.
Sika,( 2009), Ecg/Ekg (Elektrokardiogram), http://id.shvoong .com / medicineand-health/pathology/1913505-ecg-ekg-elektrokardiogram/. Diakses
tanggal 03 Maret 2014.
Simanjuntak, I., (2011), Elektrokardiogram (EKG). Retrievied Desember 15,
2011, from
http://ivanjuntak.blog.usu.ac.id/2011/05/elektrokardiogram-ekg/.
Diakses tanggal 03 Maret 2014.
Sirait, D., (2011), Racang Bangun Sistem Pengenalan Penyakit Jantung Dengan
Metode Hidden Markov Model, ArtikelPenelitian, FT Elektro,
Universitas Indonesia, Depok.
Suseno, A., (2010), Borland Graphical Interface,
http://catatan.nenonesia.com/2010/11/bab-i-pendahuluan-1.html.
Diakses Tanggal 04 Maret 2014.
Syahputra, M., W., (2012), Quadcopter. http://medanairsoft.blogspot.com/2012/12/quadcopter.html.Copyright 2012.
Diakses tanggal 05 Maret 2014.
Tube, E., (2012), Kardiovaskuler (Keperawatan Dewasa). http://
www.blogspot.com/2012/03/kardiovaskuler.html/. Diakses tanggal 06
Maret 2014.
71
Wajiansyah, A., dan Subir, (2011), Desain Filter Aktif Low Pass Butterworth,
Jurnal Dielektrika, Vol. 2 No. 2: 120-126.
Wibawanto,
H.,
(1999),
Spesifikasi
Peranti
Konversi
Data,
http://www.elektroindonesia.com/elektro/inst26.html. Diakses tanggal
09 Maret 2014.
Yudhanegara, R.,A.,M.,(2011), Stetoskop Digital Dengan Tampilan Grafik EKG
pada Personal Computer (PC), Skripsi, FT Elektro , Politeknik
Negeri Bandung, Bandung.
ii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 18 September 1993 di Langsa, Aceh. Ayah
bernama Suherwanto dan Ibu bernama Paijah, dan merupakan anak pertama dari
tiga bersaudara.
Pada tahun 1998, penulis masuk SDN Bukit Rata Langsa, Aceh dan lulus
pada tahun 2004. Tahun 2004, penulis melanjutkan pendidikan sekolah di SMPN
05 Langsa, Aceh dan lulus pada tahun 2007. Pada Tahun 2007,penulis
melanjutkan jenjang pendidikan di SMAN 03 Langsa, Aceh dan lulus pada tahun
2010. Pada tahun yang sama, penulis diterima di Program Studi Fisika Jurusan
Fisika, Fakultas Metematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri
Medan.
ELEKTRODA Ag/AgCl DENGANDFRDUINO UNO V3.0BERBASIS
PERSONAL COMPUTER
Oleh:
Setyara Eka Putri
NIM. 4101240009
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2014
i
Rancang
Judtd Skripsi
Bangun
Menggunakan
Detektor
Elektroda
Denyut
Jantung
AglAgCI
Dengan
DFRduino UNO VJ.O Berbasis Personal Computer
Nama Mahasiswa
Setyara Eka Putri
N1M
4101240009
Program Studi.
: Fisika
Jurusan
: Fisika
Menyetujui·:
Dosen Pembimbing Skripsi,
Drs. Sehat Simatupa
g, M.Si
NIP. 19581230 198103 1 003
Mengetahui :
Jurusan Fisika
Ketua,
'
Ian, M.Sc., Ph.D
1986011 001
Tanggal Ujian : ·09 September 2014
Dr.D!JSi
NIP.19640321199003 2 001
iv
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, Puji dan syukur penulis persembahkan kepada Allah SWT,
karena atas rahmat dan hidayahNya masih berkenan memberikan kesehatan dan
hikmah kepada penulis sehingga penelitian skripsi ini dapat diselesaikan dengan
baik dan diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains.
Tema yang dipilih dalam penelitian ini adalah elektrokardiografi (ECG), dengan
judul
skripsi
adalah
“Rancang
Bangun
Detektor
Denyut
Jantung
Menggunakan Elektroda Ag/AgCl Dengan DFRduino UNO V3.0 Berbasis
Personal Computer”.
Dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada
kedua orang tua saya ayahanda tercinta Suherwanto dan ibunda tercinta
Paijah,S.Pd. adik-adik saya : Arief Fadillah dan Luzfia Sinka, serta keluarga besar
saya atas doa, dukungan dan motivasi yang diberikan selama perkuliahan hingga
selesai.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang telah
membantu menyelesaikan skripsi ini, antara lain kepada Bapak
Drs. Sehat
Simatupang, M.Si., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah membimbing
saya, serta Bapak Prof. Dr. Nurdin Bukit, M.Si., selaku dosen pembimbing
akademik, Ibu Dr. Derlina, M.Si. ,Bapak Dr. Makmur Sirait, M.Si., dan Bapak
Drs. Nurdin Siregar, M.Si., selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan
saran dan masukan untuk perbaikan skripsi ini.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada sahabat sekaligus teman
seperjuangan jurusan fisika, yaitu kepada Sri Wahyuni yang telah menemani
dalam suka dan duka, Nia Annisa Ferani, Emilia Sari, Anna Dinna, Norma
Septiani, Rahmi Febrina dan Fika Ariani. Kepada seluruh teman-teman Fisika
Non-Dik 2010. Kepada abang Philipson V Munthe, Rantonius Lumbangaol,
Firdalius Daely dan Petrianis Daely atas bantuannya selama ini. Kepada Siti
Fatimah Surbakti yang telah memberi motivasi dan menemani hari-hari saya di
kost.
v
Penulis mengucapkan terima kasih kepada sahabat terdekat sejak SMA,
Fajar Asri, Vera Ramadhani, Lailan Badriah Zaisya, Mayang Dara, dan Ayudya
Haticha atas do’a, motivasi, serta rasa persaudaraan yang telah diberikan hingga
penyelesaian studi.
Penulis juga terkhusus mengucapkan terimakasih kepada “Vikar Darma
Bakti Mendrofa” yang telah menemani saya lebih dari 2 ½ Tahun yang lalu dalam
menjalani hari-hari dan telah banyak membagi ilmunya, terutama dalam
penyusunan skripsi ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dan kelemahan dalam
penyusunan skripsi ini, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang
membangun dari pembaca untuk perbaikan dan penyempurnaan skripsi ini. Akhir
kata penulis berharap agar skripsi ini dapat memberikan manfaat baru bagi
pembaca sehingga skripsi ini memberi suatu kontribusi bagi jurusan fisika serta
dapat menjadi langkah menuju penelitian-penelitian seterusnya. Semoga skripsi
ini dapat bermanfaat dan menjadi masukan dalam perkembangan dunia sains
terutama generasi penerus kajian Fisika Instrumentasi.
Medan, September 2014
Penulis
Setyara Eka Putri
NIM. 4101240009
iii
RANCANG BANGUN DETEKTOR DENYUT JANTUNG
MENGGUNAKAN ELEKTRODA AG/AGCL DENGAN
DFRDUINO UNO V3.0 BERBASIS
PERSONAL COMPUTER.
SETYARA EKA PUTRI (NIM 4101240009)
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk membuat rancangan fisik alat pendeteksi
denyut jantung menggunakan elektroda Ag/AgCl dengan DFRduino Uno V3.0
berbasis Personal Computer, melisting pemrograman untuk interface dan untuk
mengetahui kualitas hasil tampilan grafik denyut jantung dari alat yang telah
dibuat. Detektor denyut jantung dirancang dengan sinyal elektris jantung
divisualisasikan pada Processing.
Detektor ini terdiri dari rangkain penguat instrumentasi, rangkaian high
pass filter, low pass filter dan notch filter. Sinyal tersebut diolah menjadi sinyal
digital menggunakan bahasa Java menggunakan Xoscillo yang dieksport dari Java
Processing. Hasil grafik yang ditampilkan detektor akan diolah ke Microsoft
Excel kemudian dibuat ke dalam bentuk grafik. Pengolahan sinyal elektris jantung
menggunakan DFRduino UNO V3.0 meghasilkan pola gelombang dan irama
pergerakan gelombang menyerupai alat EKG yang digunakan medis.
Dari ketiga sampel detektor denyut jantung yang di uji, perbandingan
hasil dari detektor denyut jantung yang dirancang dengan EKG medis yaitu :
Sampel I yang menghasilkan % error durasi gelombang untuk jenis gelombang
Q-R-S sebesar 30%, gelombang Q-T sebesar 8,04%, gelombang P-R sebesar
16,66 %, gelombang P sebesar 28,57% dan gelombang R-R sebesar 14,89%.
Sampel II yang menghasilkan % error durasi gelombang untuk jenis gelombang
Q-R-S sebesar 11,11%, gelombang Q-T sebesar 21%, gelombang P-R sebesar
14,28 %, gelombang P sebesar 11,11% dan gelombang R-R sebesar 8,17%.
Sampel III yang menghasilkan % error durasi gelombang untuk jenis gelombang
Q-R-S sebesar 17,64%, gelombang Q-T sebesar 3,61%, gelombang P-R sebesar
20,28 %, gelombang P sebesar 6,97% dan gelombang R-R sebesar 17,47%. Dari
data tersebut diperoleh % error rata-rata durasi gelombang yaitu untuk jenis
gelombang Q-R-S sebesar 19,58%, gelombang Q-T sebesar 10,8%, gelombang PR sebesar 17,07%, gelombang P sebesar 15,55% dan untuk gelombang 13,51%.
Berdasarkan hasil rancangan detektor diketahui bahwa perangkat
instrumentasi EKG menggunakan Elektroda Ag/AgCl memberikan pola dan
gambaran bentuk sinyal elektris jantung berdasarkan amplitudo, irama dan
interval gelombang EKG yang sudah ada.
Kata kunci : Ag/AgCl, interface, DFRduino UNO V3.0, Processing,high pass,
filter,low pass filter, notch filter, sadapan Einthoven.
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar pengesahan
Riwayat Hidup
Abstrak
Kata Pengantar
Daftar Isi
Daftar Gambar
Daftar Tabel
Daftar Lampiran
i
ii
iii
iv
vi
viii
ix
x
BAB I. PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1.2 Identifikasi Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Rumusan Masalah
1.5 Tujuan Penelitian
1.6 Manfaat Penelitian
1
4
4
4
5
5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1
Kerangka Teori
2.1.1 Organ Jantung
2.1.1.1. Permukaan Jantung
2.1.1.2. Struktur Internal Jantung
2.1.1.3. Anatomi Organ Jantung
2.1.1.4. Cara Kerja Jantung
2.1.2 Denyut Jantung
2.1.3 Elektris Jantung
2.1.4 Elektrokardiografi (EKG)
2.1.4.1. Prinsip Kerja Elektrokardiografi
2.1.4.2. Garis EKG
2.1.5 Embeded System
2.1.5.1. Pengertian
2.1.5.2. Karakteristik
2.1.5.3. Contoh Penggunaan
2.1.6 Graph Interface
2.1.7 Teori Komponen
2.1.7.1. Komponen Utama
2.1.7.2. Komponen Tambahan
2.1.7.3. Penguat Instrumentasi
2.1.7.4.Rangkaian Penguat Non-Inverting
2.1.7.5. Filter
6
6
7
8
8
10
11
12
13
14
18
19
19
20
22
22
23
23
27
28
34
35
vii
2.1.7.6. High Pass Filter
2.1.7.7. Low Pass Fiter
2.1.7.8. Notch Filter
2.1.7.9. Rangkaian Clamper
2.1.8 Analog to Digital Converter (ADC)
2.1.8.1. Konversi ADC
2.1.8.2. Fitur ADC Mikrokontroler AVR ATMega 16/32
2.2
Kerangka Konsep
37
38
39
40
41
42
43
46
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
48
3.1
Tempat dan Waktu Penelitian
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat-Alat Penelitian
3.2.2 Bahan Penelitian
3.3 Prosedur Penelitian
3.4 Rancangan Penelitian
3.4.1 Rangkaian Instrumentasi
3.4.1.1 Rangkaian Penguat Penyangga
3.4.1.2 Rangkaian Penguat Diferensial
3.4.2 Rangkaian High Pass Filter
3.4.3 Rangkaian Low Pass Filter
3.4.4 Rangkaian Notch Filter
3.4.5 Skema Rancangan Penelitian
3.4.6 Rancangan Program
3.5
Analisis Data
3.6
Diagram Alir Penilitian
48
48
48
48
49
50
50
50
51
52
53
54
56
56
56
57
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
59
4.1.
4.2.
59
65
Hasil Penelitian
Pembahasan
BAB V. KESIMPULAN
67
5.1.
5.2.
67
68
Kesimpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
69
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Fungsi khusus Port A
Tabel 3.1. Alat Penelitian
Tabel 3.2. Bahan Penelitian
Tabel 4.1. Perbandingan Jenis gelombang EKG
Tabel 4.2. %error detektor yang dirancang dengan EKG medis
Tabel 4.3. Perbandingan detektor denyut jantung yang dirancang
dengan penelitian sebelummnya
45
48
48
63
63
64
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Jantung dan bagian-bagiannya
Gambar 2.2. Sinyal listrik yang dihasilkan aktivitas kelistrikan
Gambar 2.3. Gelombang EKG Normal
Gambar 2.4 Interpretasi EKG Normal
Gambar 2.5. DFRduino UNO V3.0
Gambar 2.6. Elektroda Ag/AgCl
Gambar 2.7. Kabel NYA
Gambar 2.8. Kabel NYM
Gambar 2.9. Kabel NYY
Gambar 2.10. Buzzer Module
Gambar 2.11. LED
Gambar 2.12. Rangkaian Equivalen
Gambar 2.13. Suatu Penguat Instrumentasi
Gambar 2.14. Rangkaian Penguat Deferensial
Gambar 2.15. Rangkaian Penguatan Common Mode
Gambar 2.16. Rangkaian Pertama Penguat Instrumentasi
Gambar 2.17. Penguat Deferensial Presisi
Gambar 2.18. Rangkaian Penguat Non-Inverting
Gambar 2.19. High Pass Filter
Gambar 2.20. Rangkaian dan karkteristik frekuensi dari LPF
Gambar 2.21. Rangkaian notch filter
Gambar 2.22. Karakteristik notch filter
Gambar 2.23. Rangkaian Clamper
Gambar 2.24. Kecepatan sampling
Gambar 2.25. Pin ADC- ATMega 16/32
Gambar 2.26. Blok Diagram AVR ATMega 32
Gambar 3.1. Rangkaian Penguat Intrumentasi Menggunakan IC LM324
Gambar 3.2. Rangkaian Penguat Penyangga Menggunakan IC LM324
Gambar 3.3. Rangkaian Penguat Diferensial Menggunkan IC LM324
Gambar 3.4. Rangkaian High Pass Filter
Gambar 3.5. Rancangan Rangkaian Low Pass Filter
Gambar 3.6. Rangkaian Notch Filter
Gambar 4.1. Tampilan Grafik EKG Medis Sampel I
Gambar 4.2. Tampilan Grafik aVR Pada Sampel I
Gambar 4.3. Tampilan Grafik aVR Sampel I pada Microsot Excel
Gambar 4.4. Tampilan Grafik EKG Medis Sampel II
Gambar 4.5. Tampilan Grafik aVR Pada Sampel II
Gambar 4.6. Tampilan Grafik aVR Sampel II pada Microsot Excel
Gambar 4.7. Tampilan Grafik EKG Medis
Gambar 4.8. Tampilan Grafik aVR Pada Sampel III
Gambar 4.9. Tampilan Graik aVR Sampel III pada Microsot Excel
9
14
15
19
24
25
26
27
27
28
28
29
30
30
31
32
34
34
37
38
39
39
40
42
43
44
50
51
52
53
54
55
59
60
60
61
61
61
62
62
62
x
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran A. Rancangan Rangkaian
Lampiran B. Listing Pemrograman
Lampiran C. Dokumentasi Penelitan
Lampiran D. Hasil Pemeriksaan EKG
Lampiran E. Surat Penelitian
72
73
80
83
89
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kesehatan merupakan bagian penting bagi manusia karena dengan sehat
dapat melakukan berbagai kegiatan dan berpikir dengan baik. Jantung adalah
organ paling penting pada tubuh manusia yang harus dijaga kesehatannya.
Jantung akan mengontrol peredaran darah keseluruh tubuh. Untuk mengetahui
keadaan jantung diperlukan alat yang dapat menghitung denyut jantung. Penyakit
jantung menjadi jenis penyakit mematikan dan menjadi penyebab kematian
tertinggi di berbagai Negara berkembang bahkan di Negara maju sekalipun.
Dengan detak jantung pula dapat diketahui jenis penyakit yang diderita oleh
pasien. (Isnaeni, 2009).
Perkembangan teknologi elektronika yang berhubungan dengan dunia
medis saat ini semakin bertambah pesat. Banyak alat-alat kedokteran berbasis
teknologi elektronika digunakan di rumah sakit. Salah satu diantaranya alat
perekam denyut jantung. Penyakit jantung seringkali terlambat disadari oleh
penderita karena merasa enggan untuk sekedar memeriksakan apakah tubuhnya
sehat ataukah tidak. Seorang ahli kesehatan menyatakan bahwa diantara gejalagejala penyakit jantung yang seringkali kurang mendapat perhatian adalah
serangan jantung tidak khas dimana gejalanya adalah seperti masuk angin biasa.
(Yudhanegara, 2011).
Apabila jantung mengalami kerusakan sekecil apapun pada salah satu
komponen penyusunnya, maka tubuh manusia akan terkena dampaknya.
Kegagalan fungsi
jantung
dapat mengakibatkan
berbagai macam penyakit
jantung. Menurut data WHO, merupakan penyebab kematian terbesar pada
manusia. Kelainan pada irama detak jantung (murmur) juga dapat menunjukkan
adanya penyakit jantung. Murmur ini memiliki siklus berulang dimana masingmasing siklus memiliki rentang waktu disebut dengan durasi sampel. Jenis
penyakit jantung yang paling sering menyerang manusia karena kelainan tersebut
adalah kelainan pada katup jantung dan kelainan bawaan sejak lahir (pada sekat
jantung). (Sirait, 2011)
1
2
Mahalnya alat kedokteran dan kurangnya waktu seseorang untuk
melakukan pemeriksaan di rumah
sakit
menyulitkan
seseorang
untuk
mengawasi kesehatan, terutama kesehatan jantung. Untuk itu dibutuhkan alat
sederhana yang memiliki kemudahan dalam pengoperasiannya dan dapat
digunakan di rumah walaupun saat sedang beraktifitas. (Santi, 2013)
Dalam perkembangan teknologi dewasa ini, komputer adalah sarana
sangat tepat untuk mengerjakan tugas tersebut. Gagasan untuk menggunakan
komputer dalam mendeteksi detak jantung didasarkan pada kegiatan yang
membutuhkan rutinitas dan tingkat ketelitian sangat tinggi serta waktu antisipasi
yang cepat. Alat tersebut dapat merekam sinyal detak jantung dalam waktu
tertentu dan memberikan informasi berapa detak jantung dalam satu menit dan
tinggi rendahnya sinyal detak jantung tersebut.
Dalam penelitian Anwar (2009), rangkaian setiap output yang dihasilkan
oleh elektroda (sensor) harus dipasangkan dioda, berfungsi untuk mengontrol atau
mengamankan sinyal input positif dan sinyal input negatif menuju komponen
analog device AD624AD. Komponen ini berfungsi untuk memudahkan
memonitor sinyal yang dihasilkan oleh jantung, sinyal input yang ditangkap oleh
komponen ini dapat diperkuat sampai 1000 kali. Adapun faktor gangguangangguan, terdapat pada rangkaian ini yaitu: sistem pentanahan (grounding),
bahan logam atau aluminium dan pengaruh medan magnet.
Dalam penelitian Hidayat (2013), perancangan EKG dibuat menggunakan
penguat instrumentasi untuk menguatkan sinyal dari sensor Ag/AgCl. Rangkaian
filter dari high pass filter dan notch filter digunakan untuk mengurangi noise pada
frekuensi rendah antara 0 sampai 1 Hz dihasilkan oleh tubuh dan juga meredam
noise yang ditimbulkan oleh interferensi jala-jala pada frekuensi 50 Hz.
Pengolahan sinyal peralatan EKG menggunakan rangkaian high pass filter dan
notch filter, yaitu pengolahan sinyal EKG dengan penambahan filter dari
rangkaian high pass filter dan notch filter membentuk sinyal defleksi positif pada
deteksi listrik depolarisasi ventrikel jantung. Sinyal positif yang dideteksi
mewakili depolarisasi otot miokardium (kontraksi ventrikel). Sinyal masukan
analog dari rangkaian EKG tadi akan dikonversikan oleh ADC menjadi sinyal
3
digital yang dapat terbaca oleh komputer dengan menggunakan bahasa
pemrograman Turbo Pascal. Pada penilitian ini, perlu ditingkatkan pemrograman
fast fourier transformation (FFT) untuk pengolahan sinyal EKG, agar diperoleh
interval gelombang dan gelombang amplitude secara berulang dan simetris dan
penambahan rangkaian penguat yang dapat melengkapi titik-titik sadapan.
Alat detektor denyut jantung berbasis mikrokontroler dapat menggunakan
elektroda Ag/AgCl yang mampu menangkap sinyal denyut jantung. Dengan
menggunakan pengantarmukaan parallel pada komunikasinya, proses ini
mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital, diteruskan ke komputer melalui
perangkat DFRduino UNO V3.0. Kelebihan dari perangkat mikrokontroller
DFRduino UNO V3.0 yaitu relevan, efisien, dan compatible. DFRduino UNO
V3.0 mudah digunakan yakni tidak perlu menginstal bootloadernya, dengan
memasukkan koding program pada Arduino software maka DFRduino UNO
secara otomatis menjalankan perintah yang dilisting. Dengan penggunaan kit
board DFRduino UNO V3.0, perancangan detektor denyut jantung menjadi lebih
mudah untuk menghubungkan PC dan Elektroda Ag/AgCl. Bahasa pemrograman
C pada Arduino digunakan untuk menampilkan data denyut jantung dalam bentuk
stream pada serial port, kemudian menggunakan software processing dengan
bahasa pemrograman Java untuk merubah data serial tersebut menjadi grafik dari
denyut jantung kemudian dapat dihitung besarnya frekuensi dari denyutan jantung
tersebut dalam satuan bpm (beats perminute).
Berdasarkan hal diatas yang telah dipaparkan maka penulis meneruskan
penelitian sebelumnya, merancang suatu alat detector denyut jantung dengan
persen ralat dari alat yang dirancang diperkirakan sebesar 10% dengan
menggunakan rangkaian Low Pass Filter dan mikrokontroler ATMega 328 yang
ada pada DFRduino UNO V3.0 menggunakan bahasa pemrograman Java Serial
Edition 7 menggunakan metode Fast Fourier Transform (FFT) yang secara
otomatis telah terinclude pada program Java Serial Edition 7 , dengan
mengangkat Judul : “ Rancang Bangun Detektor Denyut Jantung Menggunakan
Elektroda Ag/Ag Cl Dengan DFRduino UNO V3.0 Berbasis Personal Computer
“
4
1.2
Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas peneliti mengidentifikasi masalah
sebagai berikut :
1.
Belum adanya alat pendeteksi denyut jantung yang murah dan mudah
digunakan.
2.
Belum adanya alat pendeteksi denyut jantung yang sederhana dan
praktis.
3.
Belum adanya penelitian menggunakan detektor denyut jantung
menggunakan mikrokontroler DFRduino UNO V3.0.
1.3
Batasan Masalah
Berdasarkan uraian diatas, penelitian ini dibatasi pada :
1.
Rancangan detektor denyut jantung menggunakan elektroda Ag/AgCl
dengan DFRduino Uno V3.0 berbasis Personal Computer.
2.
1.4
Tampilan hasil dalam bentuk grafik dilayar monitor komputer.
Rumusan Masalah
Mengacu pada permasalahan yang ada, maka dalam perencanaan dan
pembuatan alat ini diutamakan pada hal-hal sebagai berikut:
1.
Bagaimana rancangan sebuah alat yang mampu mendeteksi denyut
jantung menggunakan elektroda Ag/AgCl dengan DFRduino Uno
V3.0 berbasis Personal Computer ?
2.
Bagaimana melisting program pada alat yang dirancang agar
mendapatkan tampilan grafik yang sesuai dengan standar E K G
didunia medis ?
3.
Bagaimana kualitas hasil tampilan pola grafik denyut jantung dari alat
yang telah dibuat ?
5
1.5
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1.
Untuk membuat rancangan fisik alat pendeteksi denyut jantung
menggunakan elektroda Ag/AgCl dengan DFRduino Uno V3.0
berbasis Personal Computer ?
2.
Untuk membuat listing program pada alat yang dirancang agar
mendapatkan tampilan grafik yang sesuai dengan standar E K G
didunia medis.
3.
Untuk mengetahui kualitas hasil tampilan grafik denyut jantung dari
alat yang telah dibuat.
1.6
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan untuk memberikan alternatif perangkat EKG
(elektrokardiograf) yang murah dan mudah dalam pengoperasiannya untuk
mendeteksi denyut jantung yang ditampilkan pada layar monitor Personal
Computer (PC) yang sesuai standar didunia medis.
67
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dari detektor denyut jantung menggunakan
DFRduino UNO V3.0, disimpulkan:
1. Telah dilakukan pembuatan rancangan fisik detektor denyut jantung
menggunakan Elektroda Ag/AgCl dengan DFRduino UNO V3.0 berbasis
Personal Computer. Rangkaian detektor denyut jantung yang telah dirancang
bekerja dengan baik, namun masih terdapat noise dari gerakan tubuh sampel
dan jala-jala listrik dikarenakan rancangan filter yang masih belum lengkap
terutama pada rancangan notch filter belum mampu meredam noise pada
frekuensi 50Hz.
2. Telah dibuat susunan listing program pada sketch arduino dan sketch java
processing sehingga tampilan grafik untuk setiap jenis gelombang P-QRS-T
yang dihasilkan detektor denyut jantung menyerupai grafik EKG medis.
3. Kualitas grafik dan irama sinyal yang dihasilkan detektor denyut jantung
yang telah dirancang menyerupai parameter EKG medis yang sudah ada. Dari
ketiga sampel detektor denyut jantung yang di uji, perbandingan hasil dari
detektor denyut jantung yang dirancang dengan EKG medis yaitu : Sampel I
yang menghasilkan % error durasi gelombang untuk jenis gelombang Q-R-S
sebesar 30%, gelombang Q-T sebesar 8,04%, gelombang P-R sebesar 16,66
%, gelombang P sebesar 28,57% dan gelombang R-R sebesar 14,89%.
Sampel II yang menghasilkan % error durasi gelombang untuk jenis
gelombang Q-R-S sebesar 11,11%, gelombang Q-T sebesar 21%, gelombang
P-R sebesar 14,28 %, gelombang P sebesar 11,11% dan gelombang R-R
sebesar 8,17%. Sampel III yang menghasilkan % error durasi gelombang
untuk jenis gelombang Q-R-S sebesar 17,64%, gelombang Q-T sebesar
3,61%, gelombang P-R sebesar 20,28 %, gelombang P sebesar 6,97% dan
gelombang R-R sebesar 17,47%. Dari data tersebut diperoleh % error ratarata durasi gelombang yaitu untuk jenis gelombang Q-R-S sebesar 19,58%,
68
gelombang Q-T sebesar 10,8%, gelombang P-R sebesar 17,07%, gelombang
P sebesar 15,55% dan untuk gelombang 13,51%.
5.2
Saran
Untuk perancangan EKG ini lebih baik kedepannya, diharapkan ada
perbaikan dan pengembangan untuk mendapatkan sinyal EKG yang lebih tepat
yaitu :
Dalam penguat instrumentasi sebaiknya menggunakan IC AD620 atau
INA121.
Perlu
ditambahkan
penguat
tambahan,
proteksi
tegangan
lebih,
penambahan titik-titik sadapan dan penyempurnaan rangkaian notch filter
untuk mengurangi noise yang ditimbulkan oleh gerakan otot dan jala-jala
listrik.
Penggunaan bahasa pemrograman seterusnya dapat ditingkatkan dalam
penskalaan sehingga akurasi grafik rancangan dapat dikonsultasikan ke
dokter ahli jantung.
Penggunaan LCD sebagai tampilan output grafik EKG agar lebih mudah
dan praktis untuk digunakan.
Penggunaan jenis elektroda yang lebih sensitif agar input dari tubuh
terbaca dengan baik.
69
DAFTAR PUSTAKA
Ajimedia, (2011), Fungsi dan Cara Kerja Jantung. Retrieved November 25, 2011,
from http://ajimedia.com/186/fungsi-dan-cara-kerja-jantung-manusia.
Diakses tanggal 03 Maret 2014.
Anwar, S., (2009), Rancang Bangun Elektrokardiograph Berbasiskan Personal
Computer. Jurnal electron, Vol 1 No. 1-11-19.
Azhar, A., (2009), Studi Identifikasi Sinyal Ecg Irama Myocardial
Ischemia Dengan Pendekatan Fuzzy Logic (paper). BandungInstitut Teknologi Sepuluh November. Volume 7, Nomor 4,
Juli 2009 : 193–206.
Darmawansyah, A., Susanto, A., Widodo, T.S., dan Abraha, K., (2006),
Pembuatan Elektrokardiograf (ECG) Teknologi Hibrid Menggunakan
Komponen Surface Mounting Device (SMD), Jurnal Teknik, Vol. 13
No. 3: 228-243.
Elektronika Dasar, (2012), http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/adcanalog-to-digital-convertion/comment-page-1/. Diakses tanggal 07
Maret 2014.
Elektronika Dasar, (2012), http://elektronika-dasar.web.id/teori
elektronika/rangkaian-clamper-penggeser-sinyal/. Diakses tanggal 22
Agustus 2014.
Fajar, A., (2013), Elektroda Medika (Catatan Kuliah di Teknik Elektro).
http://www.kuliah.andifajar.com/elektroda-medika/ . Diakses tanggal
06 Maret 2014.
Hidayat, Y., (2013), Rancang Bangun dan Pengolahan Sinyal ECG Menggunakan
High Pass Filter dan Notch Filter ., Skripsi, FMIPA, Unimed, Medan.
Ilham, (2009), ADC (Analog to Digital Converter),
http://www.oocities.org/ilham_aez/artikel/analog/ADC.html. Diakses
tanggal 07 Maret 2014
Isnaeni, D., N., (2009), Pembuatan Alat Perekam Denyut Jantung Berbasiskan
Komputer., Skripsi, FTI, Universitas Gunadarma, Depok.
Limchinyoung, (2010), Organ Jantung.
http://hirudoclinic.com/hi/index.php?option=com_content&view=sectio
n&id=9&layout=blog&Itemid=57. Diakses tanggal 03 Maret 2014.
70
Mahmud, F., (2011), Dasar Teori Mikrokontroller ATMega 32.
http://fmpunya.blogspot.com/2012/06/dasar-teori-mikrokontrolleratmega-32.html#. Diakses tanggal 07 Juli 2014.
Marseno, (2010), http://marsenorhudy.wordpress.com/2010/10/03/45/. Diakses 03
Maret 2014.
Pambudi, (2011), Pengertian Sistem Embedded.
http://fitrianp.wordpress.com/2011/09/27/pengertian-sistemembedded/. Diakses Tanggal 04 Maret 2014.
Riyana, S., (2010), Jantung, http://slaraska2.wordpress.com/jantung/. Diakses
tanggal 03 Maret 2014..
Santi, F., A., (2013), Perhitungan Detak Jantung Menggunakan Grove Chest
Strap Heart Rate Sensor menggunakan Arduino Uno., Tugas UAS,
FTI, UIN Syarif Hidayatullah, Jakarta.
Sensors, Instrumentation & Electronics, (2012),
http://instrumentasi.lecture.ub.ac.id/penguat-biopotensial/. Diakses
tanggal 09 Maret 2014.
Sika,( 2009), Ecg/Ekg (Elektrokardiogram), http://id.shvoong .com / medicineand-health/pathology/1913505-ecg-ekg-elektrokardiogram/. Diakses
tanggal 03 Maret 2014.
Simanjuntak, I., (2011), Elektrokardiogram (EKG). Retrievied Desember 15,
2011, from
http://ivanjuntak.blog.usu.ac.id/2011/05/elektrokardiogram-ekg/.
Diakses tanggal 03 Maret 2014.
Sirait, D., (2011), Racang Bangun Sistem Pengenalan Penyakit Jantung Dengan
Metode Hidden Markov Model, ArtikelPenelitian, FT Elektro,
Universitas Indonesia, Depok.
Suseno, A., (2010), Borland Graphical Interface,
http://catatan.nenonesia.com/2010/11/bab-i-pendahuluan-1.html.
Diakses Tanggal 04 Maret 2014.
Syahputra, M., W., (2012), Quadcopter. http://medanairsoft.blogspot.com/2012/12/quadcopter.html.Copyright 2012.
Diakses tanggal 05 Maret 2014.
Tube, E., (2012), Kardiovaskuler (Keperawatan Dewasa). http://
www.blogspot.com/2012/03/kardiovaskuler.html/. Diakses tanggal 06
Maret 2014.
71
Wajiansyah, A., dan Subir, (2011), Desain Filter Aktif Low Pass Butterworth,
Jurnal Dielektrika, Vol. 2 No. 2: 120-126.
Wibawanto,
H.,
(1999),
Spesifikasi
Peranti
Konversi
Data,
http://www.elektroindonesia.com/elektro/inst26.html. Diakses tanggal
09 Maret 2014.
Yudhanegara, R.,A.,M.,(2011), Stetoskop Digital Dengan Tampilan Grafik EKG
pada Personal Computer (PC), Skripsi, FT Elektro , Politeknik
Negeri Bandung, Bandung.
ii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 18 September 1993 di Langsa, Aceh. Ayah
bernama Suherwanto dan Ibu bernama Paijah, dan merupakan anak pertama dari
tiga bersaudara.
Pada tahun 1998, penulis masuk SDN Bukit Rata Langsa, Aceh dan lulus
pada tahun 2004. Tahun 2004, penulis melanjutkan pendidikan sekolah di SMPN
05 Langsa, Aceh dan lulus pada tahun 2007. Pada Tahun 2007,penulis
melanjutkan jenjang pendidikan di SMAN 03 Langsa, Aceh dan lulus pada tahun
2010. Pada tahun yang sama, penulis diterima di Program Studi Fisika Jurusan
Fisika, Fakultas Metematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri
Medan.