2.1 ELEKTROKARDIOGRAF (EKG)

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI Pada bab ini dibahas mengenai teori yang mendukung dalam pembuatan Proyek Akhir. Materi yang akan di bahas adalah elektrokardiograf, operational amplifier, filter, mikrokontroler, Wi-Fi, dan I to V converter. 2.1 ELEKTROKARDIOGRAF (EKG) Elektrokardiograf (EKG) adalah sebuah alat kesehatan yang digunakan untuk mendeteksi sinyal potensial listrik pada jantung manusia. EKG merupakan salah satu bentuk pemeriksaan laboratorium yang membantu dalam mendiagnosis penyakit jantung, dan juga sebagai metoda untuk mempelajari kerja otot jantung sehingga dapat membantu diagnosis abnormalitas jantung atau perubahan fungsi jantung. [7] Gelombang EKG Gelombang EKG biasanya direkam pada kertas grafik seperti terlihat pada Gambar 2.1. Pada gambar tersebut terdapat dua jenis kotak, yaitu kotak besar yang bergaris tebal dan kotak kecil yang bergaris tipis. Kotak kecil mempunyai ukuran 1mm x 1mm dan kotak besar mempunyai ukuran 5mm x 5mm. Dalam EKG ada dua variabel yang digunakan, yaitu variabel waktu dan variabel tegangan. Variabel waktu dinyatakan dalam sumbu mendatar (horizontal) dan variabel tegangan dalam sumbu tegak (vertical). Skala untuk variabel waktu adalah 0,04s/mm atau 25mm/s. Skala untuk tegangan adalah 0,1mv/mm atau 10mm/mV. [6]

2 Gambar 2.1 Kertas Rekaman Sinyal EKG [6] Tiap siklus gelombang EKG terdiri atas beberapa gelombang yang diberi nama berdasarkan definisi sebagai berikut: A. Gelombang P Gelombang P merupakan defleksi positif pertama sebelum kompleks QRS interval PR yang diukur dari permulaan gelombang P sampai permulaan defleksi garis isoelektrik berikutnya. Interval ini adalah waktu yang diperlukan impuls listrik dikonduksikan melalui atrium dan simpul AV sampai mulai timbul depolarisasi ventrikel. [6] B. Kompleks QRS Kompleks QRS terdiri atas tiga gelombang yaitu gelombang Q, R, dan S. Gelombang Q adalah defleksi negatif pertama sesudah interval PR. Gelombang R adalah defleksi positif pertama sesudah gelombang P. Gelombang S adalah defleksi negatif yang menyertai gelombang R. Pengukuran kompleks QRS di mulai dari permulaan gelombang Q atau gelombang R jika gelombang Q tidak ada sampai gelombang S mencapai garis isoelektrik atau tempat dimana gelombang S akan mencapai garis isoelektrik jika garis ini tidak melengkung ke dalam segmen ST. Segment ST adalah bagian garis yang berlanjut dari ujung gelombang S sampai permulaan gelombang T. C. Gelombang T Gelombang T adalah defleksi (bisa positif atau negatif) yang mengiringi segment ST. [6] 8

3 Untuk pembacaan gelombang EKG dapat dilakukan oleh para ahli di bidang medis atau dokter ahli jantung, sehingga tidak terjadi kesalahan ketika mendiagnosa penyakit jantung dari bentuk sinyal EKG Titik-Titik Sadapan Rekaman EKG diperoleh dengan pemasangan elektroda-elektroda di kulit pada tempat-tempat tertentu. Lokasi penempatan elektroda sangat penting diperhatikan karena penempatan yang salah akan menghasilkan pencatatan yang berbeda. Terdapat 3 jenis sandapan (lead) pada EKG, yaitu : A. Sadapan Precordial Sadapan Precordial merupakan sadapan V 1, V 2, V 3, V 4, V 5, dan V 6 yang ditempatkan secara langsung di dada. Gamabr 2.2 Sadapan Precordial [10] 1. Sadapan V 1 ditempatkan di ruang intercostal IV di kanan sternum. 2. Sadapan V 2 ditempatkan di ruang intercostal IV di kiri sternum. 3. Sadapan V 3 ditempatkan di antara sadapan V 2 dan V Sadapan V 4 ditempatkan di ruang intercostal V di linea (sekalipun detak apeks berpindah). 5. Sadapan V 5 ditempatkan secara mendatar dengan V 4 di linea axillaris anterior. 6. Sadapan V 6 ditempatkan secara mendatar dengan V 4 dan V 5 di linea midaxillaris. 9

4 B. Sadapan Bipolar Sadapan Bipolar atau sering disebut sadapan Einthoven adalah sadapan yang merekam perbedaan potensial dari dua elektroda yang ditandai dengan angka romawi I, II dan III. Sandapan I Sandapan II Sandapan III : Merekam perbedaan potensial antara tangan kanan (RA) yang bermuatan negatif (-) dan tangan kiri yang bermuatan positif (+). : Merekam perbedaan potensial antara tangan kanan yang bermuatan (-) dengan kaki kiri (LF) yang bermuatan (+) : Merekam perbedaan potensial antara tangan kiri (LA) yang bermuatan (-) dan kaki kiri yang bermuatan (+). Gambar 2.3 Sadapan Bipolar [10] 10

5 C. Sandapan Unipolar Gambar 2.4 Sandapan Unipolar [10] avr : Merekam potensial listrik pada tangan kanan (RA) yang bermuatan (+) dengan elektroda yang bermuatan negatif (-) gabungan tangan kiri dan kaki kiri yang membentuk elektroda indifiren. avl : Merekam potensial listrik pada tangan kiri (LA) yang bermuatan (+) dengan elektroda yang bermuatan negatif (-) gabungan tangan kanan dan kaki kiri yang membentuk elektroda indifiren. avf : Merekam potensial listrik pada kaki kiri (LF) yang bermuatan (+) dengan elektroda yang bermuatan (-) dari gabungan tangan kanan dan kaki kiri yang membentuk elektroda indifiren. Bila digabungkan dari ketiga sandapan yang ada di atas, maka akan tampak seperti pada Gambar 2.5 di bawah ini yang biasa disebut sebagai sandapan lengkap dua belas lead atau ECG 12 LEAD. 11

6 Gambar 2.5 Sadapan Lengkap 12 Lead [10] Pada Gambar 2.5 tampak Sandapan Precordial dengan lead V 1, V 2, V 3, V 4, V 5, V 6 Sandapan Bipolar dengan lead I, lead II, lead III, dan Sandapan Unipolar dengan lead avr, avl, avf [10] Elektroda EKG Fungsi dasar dari elektroda adalah untuk menangkap sinyal listrik jantung dari tubuh dengan dipasangkan pada bagian titk-titik sadapan yang sesuai. Elektroda ini dipakai dengan menggunakan interface jelly electrode-electrolyte sehingga mengurai efek dari noise akibat pergerakan badan atau gesekan antara elektroda dengan kulit. Dengan menggunakan elektroda Ag/AgCl yang dapat mengurangi noise frekuensi rendah pada sinyal EKG yang terjadi karena pergerakan atau gesekan dengan kulit. Gambar 2.6 menampilkan bentuk dari elektroda disposable yang biasa di pakai pada bagian dada dan punggung. Gambar 2.6 Elektroda Disposable [9] Selain jenis elektroda disposable, terdapat juga jenis elektroda yang di pakai dibagian pergelangan tangan dan kaki. Jenis elektroda yang digunakan 12

7 untuk menyadap sinyal EKG di pergelangan tangan dan kaki adalah jenis limb clamp seperti terlihat pada Gambar 2.7 dibawah ini. Gambar 2.7 Limb Clamp Elektroda [7] 2.2 OPERASIONAL AMPLIFIER Operational Amplifier atau di singkat Op-Amp merupakan salah satu komponen elektronika analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi Op-Amp yang paling sering dipakai antara lain yaitu rangkaian inverting, non inverting, integrator, dan differentiator. Op-Amp ideal pada dasarnya adalah sebuah penguat diferential yang memiliki dua input. Input Op-Amp ada yang dinamakan input inverting dan non inverting. Op-Amp ideal memiliki penguatan open loop yang tak terhingga besarnya. Penguatan yang sangat besar ini membuat Op-Amp menjadi tidak stabil dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Maka dari itu diperlukan rangkaian negatif feedback sehingga Op-Amp dapat dirangkai menjadi penguat dengan nilai penguatan yang terukur (finite). Supply Voltage + Inverting Input - Output Non Inverting Input + Supply Voltage - Gambar 2.8 Operasional Amlpifier Penguat operasional banyak digunakan dalam berbagai aplikasi karena beberapa keunggulan yang dimilikinya, seperti penguatan yang tinggi, impedansi 13

8 input yang tinggi, impedansi output yang rendah, dan lain sebagainya. Karakteristik dari Op-Amp ideal adalah sebagai berikut: 1. Penguatan tegangan lingkar terbuka (open-loop voltage gain) A VOL = 2. Tegangan ofset output (output offset voltage) V OO = 0 Volt 3. Impedansi input (input impedance) Z I = Ω 4. Impedansi output (output Impedance) Z O = 0 Ω 5. Lebar pita (band width) BW = Hz 6. Waktu tanggapan (respon time) = 0 Detik 7. Karakteristik tidak berubah dengan suhu Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) Rangkaian penguat penjumlah (summing amplifier) berfungsi menjumlahkan sinyal-sinyal input-nya. Besar tegangan output dari rangkaian summing amplifier adalah jumlah semua tegangan input dikalikan dengan besar penguatannya. Gambar 2.9. memperlihatkan konfigurasi dari rangkaian summing amplifier dengan tiga sinyal input. Vin 1 VCC Vin 2 Vin 3 Rin 1 Rin 2 Rin Output Ri Rf Gambar 2.9 Rangkaian Summing Amplifier Tiga Input Besar tegangan output dari rangkaian summing amplifier dapat dituliskan pada Persamaan 2.1 berikut: Vo = ( (V in1 + V in2 + V in3 ) (2.1) Penguat Biopotensial Aktivitas listrik dari sel-sel yang ada di dalam tubuh menimbulkan sinyal listrik yang disebut sinyal biopotensial. Untuk mengambil sinyal bipotensial digunakan transduser yang disebut elektroda. Elektroda berfungsi sebagai kopling dan antarmuka antara sistem kelistrikan di dalam tubuh dan sistem kelistrikan di 14

9 luar tubuh. Output dari transduser sudah berupa tegangan listrik, tetapi level-nya masih relatif kecil sehingga masih belum bisa digunakan untuk menggerakkan bagian output suatu instrumen medic. Untuk memperbesar sinyal biopotensial tersebut diperlukan suatu penguat yang memenuhi beberapa persyaratan, diantaranya sebagai berikut: Berupa penguat differential dengan CMRR yang tinggi. Mempunyai impedansi input yang besar. Penguatannya dapat diatur dengan mudah tanpa mempengaruhi nilai CMRR. [3] Rangkaian Penguat Differential Penguat differential mempunyai kemampuan menghilangkan sinyal mode common sehingga dapat mengurangi pengaruh noise atau interferensi yang menganggu sinyal input-nya. Noise atau interferensi yang menganggu sinyal input dapat dikurangi pengaruhnya dengan cara memasukkan noise ke dalam penguat differential dalam bentuk mode common, sementara sinyal input-nya dimasukkan ke penguat dalam bentuk mode differential. Dengan demikian, sinyal input akan diperkuat dengan penguatan mode differential yang nilainya relatif besar, sedangkan noise akan diperkuat dengan penguatan mode common yang nilainya relatif kecil. Pada saat keluar dari penguat differential, sinyal input mempunyai nilai yang jauh lebih besar dibanding dengan noise sehingga pengaruh noise tersebut dapat diabaikan. [1] Karena sifatnya yang dapat mengurangi sinyal noise, maka penguat differential dapat digunakan untuk penguat sinyal EKG. Rangkaian penguat differential diperlihatkan seperti pada Gambar R5 Vx V 2D - R6 V 1D + R3 Vo R4 Gambar 2.10 Penguat Differential 15

10 Hubungan antara tegangan output dan tegangan input penguat differential dapat diuraikan sebagai berikut. Dengan menganggap Op-Amp tersebut ideal, maka persamaan arus simpul pada terminal input negatif dapat dituliskan seperti pada Persamaan 2.2 dibawah ini: = (2.2) Persamaan ini dapat diatur kembali menjadi seperti Persamaan 2.3 dibawah ini: - Vx ) = (2.3) Tegangan pada simpul input positif sama dengan tegangan pada simpul input negatif yaitu V X yang dapat diperoleh dengan menggunakan prinsip rangkaian pembagi tegangan seperti pada Persamaan 3.4 berikut ini: Vx = V 1D (2.4) Substitusi Persamaan (2.3) dengan Persamaan (2.4) menghasilkan Persamaan 2.5 sebagai berikut: V 1D ( ) = (2.5) Maka nilai Vo akan diperoleh seperti pada Persamaan 2.6: Vo = (V 1D - V 2D ) (2.6) Bila rangkaian penguat differential dalam keadaan setimbang, yaitu dengan membuat seperti Perssamaan 2.7: = 1 (2.7) Maka diperoleh tegangan output rangkaian penguat differential seperti pada Persamaan 2.8: Vo = (V 1D V 2D ) (2.8) Persamaan (2.8) memperlihatkan penguat akan memperkuat sinyal mode differential (selisih tegangan pada inputnya) dengan penguatan sebesar R5/R6 dan memperkuat sinyal mode common (rata-rata tegangan pada inputnya) dengan penguatan yang kecil (idealnya sama dengan nol). Dengan demikian, hanya sinyal 16

11 mode differential saja yang muncul pada output penguat, sedangkan sinyal mode common-nya telah dihilangkan. Penguat differential juga memiliki kekurangan, yaitu impedansi input-nya relatif kecil dan nilai penguatannya sulit diubah tanpa mempengaruhi kemampuannya dalam menghilangkan sinyal mode common. Impedansi input yang tinggi diperlukan untuk mengurangi pengaruh pembebanan pada sinyal output elektroda. Karena adanya pembebanan maka sinyal input akan menjadi hilang. Untuk mengatasi hal ini maka di depan penguat differential ditambahkan sebuah rangkaian penguat penyangga Rangkaian Penguat Penyangga Rangkaian penguat penyangga yang digunakan harus mempunyai impedansi input yang besar dan menggunakan konfigurasi penguat differential. Agar memiliki impedansi input yang sangat besar, maka digunakan penguat noninverting, dan supaya bersifat differential maka digunakan dua buah penguat noninverting yang digabung menjadi satu [1]. Rangkaian penguat penyangga seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.11 V2 Non-Inverting Amplifier + - V 2D R1 R2 VA R1 R2 V1 - + Non-Inverting Amplifier V 1D Gambar 2.11 Rangkaian Penguat Penyangga Untuk Penguat Differential Analisis rangkaian penguat penyangga dapat diuraikan sebagai berikut. Dengan menganggap Op-Amp tersebut ideal maka persamaan arus pada simpul input negatif Op-Amp yang atas dapat dituliskan seperti pada Persamaan 2.9: 17

12 = (2.9) Bila diatur persamaan 2.9 maka akan diperoleh Persamaan 2.10: V 2D = V 2 V A (2.10) Dengan cara yang serupa maka untuk rangkaian Op-Amp yang bagian bawah akan diperoleh seperti pada Persamaan 2.11: V 1D = V 1 V A (2.11) Persamaan (2.10) dan (2.11) merupakan tegangan output pada tiap-tiap terminal output Op-Amp penguat penyangga. Dengan menggabungkan rangkaian penguat differential dan rangkaian penguat penyangga, maka akan diperoleh sebuah penguat differential yang mempunyai impedansi input yang sangat besar dan nilai penguatannya dapat diubah dengan mudah tanpa mempengaruhi kemampunannya dalam menghilangkan sinyal mode common. Gabungan kedua rangkaian penguat ini dapat disebut sebagai penguat instrumentasi (instrumentation amplifier). Rangkaian penguat instrumentasi terlihat pada Gambar 2.12 dibawah ini: Non-Inverting Amplifier V2 + - R6 R5 R2 R1 R1 - + Differensial Amplifier Vo R2 - V1 + R3 R4 Non-Inverting Amplifier Gambar 2.12 Rangkaian Penguat Instrumentasi 18

13 Analisis rangkaian penguat instrumentasi dalam Gambar 2.11 dapat dilakukan sebagai berikut. Tegangan output penguat tersebut dapat diperoleh dari substitusi Persamaan (2.8) dengan Persamaan (2.10) dan (2.11), yang menghasilkan Persaam 2.12 dibawah ini: Vo = [ V 1 V A ( V 2 V A )] (2.12) Bila disederhanakan Persamaan 2.12 diatas maka akan menjadi Persamaan 2.13: Vo = ( )(V 1 V 2 ) = (1+ )(V 1 V 2 ) (2.13) Dua resistansi R 1 yang terhubung seri tersebut dapat digantikan dengan sebuah resistansi tunggal, misalnya menjadi RG dengan: RG = 2R 1 atau: R 1 = RG/2 sehingga Persamaan 2.13 dapat dituliskan kembali menjadi seperti pada Persamaan 2.14 berikut ini: Vo = (1+ )(V 1 -V 2 ) = (1+ )(V 1 -V 2 ) (2.14) Dari Persamaan (2.14) terlihat bahwa tegangan output penguat instrumentasi merupakan hasil penguatan terhadap selisih tegangan pada input penguat penyangga, dan nilai penguatan dapat diubah dengan mengubah perbandingan antara 2R 2 dan RG. [5] 2.3 FILTER Filter adalah suatu rangkaian yang dapat memilih sinyal listrik berdasarkan pada batasan frekuensi dari filter tersebut. Filter akan melewatkan gelombang atau sinyal listrik pada batasan frekuensi tertentu sehingga apabila terdapat sinyal atau gelombang listrik dengan frekuensi yang lain (tidak sesuai dengan spesifikasi filter), maka sinyal tersebut tidak akan dilewatkan. Rangkaian filter dapat diaplikasikan secara luas, baik untuk menyaring sinyal pada frekuensi rendah, frekuensi audio, frekuensi tinggi, atau pada frekuensi-frekuensi tertentu saja. Untuk menyaring sinyal dengan frekuensi tinggi, biasanya digunakan filter pasif LRC dimana komponennya terdiri dari induktor (L), resistor (R), dan kapasitor (C). 19

14 Untuk menyaring sinyal listrik pada rentang frekuensi yang rendah diantara 1Hz- 1MHz dibutuhkan nilai komponen induktor yang besar, sehingga dalam produksi filter dengan frekuensi rendah secara komersial sulit untuk dilakukan. Pada kasus ini filter aktif dapat menjadi solusi penting. Rangkaian filter aktif menggunakan komponen Op-Amp (operational amplifier) yang dikombinasikan dengan beberapa komponen pasif resistor dan kapasitor sehingga dapat memberikan kinerja filter pada frekuensi rendah sebaik filter LRC. Filter dapat diklafisikasikan menjadi dua yaitu filter analog dan digital. Filter analog di rancang untuk memproses sinyal analog, sedang filter digital di rancang untuk memproses sinyal analog dengan menggunakan teknik digital. Salah satu jenis filter yang digunakan pada pembuatan proyek akhir ini adalah low pass filter. Low pass filter adalah filter yang dapat meloloskan frekuensi yang berada dibawah frekuensi cut off (fc) dan meredam frekuensi diatas frekuensi cut off-nya. Frekuensi cut off dari low pass filter RC dapat dihitung dengan Persamaan 2.15 berikut ini: fc = (2.15) Rangkaian low pass filter RC dan karakteristiknya seperti terilihat pada Gambar 2.13 berikut ini: Vo (V) R -3dB V I C V O fc F (Hz) Gambar 2.13 Rangkaian Filter Low Pass dan karkteristik frekuensinya Rangkaian low pass filter RC memiliki penguatan yang konstan hingga pada frekuensi pole tertentu. Penguatan mulai menurun seiring dengan naiknya frekuensi. Pada saat penguatan menurun, rangkaian ini memiliki karakteristik sebagai integrator. Pada Gambar 2.13 diatas memperlihatkan frekuensi respon dari low pass filter orde pertama. Persamaan fungsi transfer untuk respon frekuensi low pass filter seperti pada Persamaan 2.16: 20

15 V o = (2.16) Fungsi transfer ini terberbagai atas tiga bagian, yaitu: Bila f << 1/2π RC, V o /V i = 1 atau 0 db dan sudut phasa 0 Bila f = ½ π RC, V o /V i = 0,707 θ -45 atau -3 db Bila f >> 1/2 π RC, V o /V i = (1/2 π RC) (1/1) θ -90, dimana penguatan menurun bersamaan dengan kenaikan frekuensi, pada bagian ini low pass filter berfungsi sebagai integrator. 2.4 MIKROKONTROLER Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional yang dikemas dalam sebuah chip dengan ukuran mini dan didalamya terintgrasi sebuah prosesor, memori (RAM, flash memori, dll), dan peripheral input/output. Mikrokontroler merupakan komputer dalam bentuk chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Mikrokontroler bisa juga disebut sebagai pengendali kecil, karena cara kerjanya yaitu membaca dan menulis data serta mempunyai input dan output yang dikendalikan oleh program yang dapat ditulis dan dihapus dengan cara khusus di dalam memorinya, dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi atau diperkecil dan akhirnya menjadi sistem yang terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler Sejarah Mikrokontroler Mikrokontroler pertama kali dikenalkan oleh Texas Instrument dengan seri TMS 1000 pada tahun 1974 yang merupakan mikrokontroler 4 bit pertama. Mikrokontroler ini mulai dibuat sejak Mikrokontroler ini merupakan mikrokomputer dalam sebuah chip, lengkap dengan RAM dan ROM. Kemudian pada tahun 1976 Intel mengeluarkan mikrokontroler yang sekarang menjadi populer dengan nama 8748 yang merupakan mikrokontroler 8 bit keluarga MCS

16 2.4.2 Manfaat Mikrokontroler Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat-alat kontrol yang dikendalikan secara otomatis. Penggunaan mikrokontroler jauh lebih praktis dengan ukuran yang lebih kecil, biaya yang murah, dan konsumsi daya yang rendah dibandingkan dengan menggunakan mikroprosesor yang memerlukan memori, dan peripheral input / output yang terpisah, maka mikrokontroler jauh lehih unggul dibandingkan dengan mikroprosesor. Dengan dibuatnya mikrokontroler, segala proses kontrol elektronik menjadi lebih ekonomis. Keuntungan menggunakan mikrokontroler adalah: 1. Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas. 2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi. 3. Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak. [14] Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimum, paling minimal dibutuhkan sistem clock dan reset. Walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah dapat dioperasikan Keluarga Mikrokontroler Berdasarkan perbedaan arsitekturnya, mikrokontroler terbagi menjadi dua jenis yaitu RISC dan CISC. Pembagian ini dibedakan berdasarkan pada kompleksitas instruksi-instruksinya. Diantaranya adalah sebagai berikut: 1. RISC merupakan kependekan dari Reduced Instruction Set Computer. Mikrokontroler dengan arsitektur ini memiliki instruksi yang terbatas, tetapi memiliki fasilitas yang lebih banyak. 2. CISC merupakan kependekan dari Complex Instruction Set Computer. Mikrokontroler dengan arsitektur ini memiliki instruksi lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya. [14] 22

17 Selain dari jenis arsitektur, mikrokontroler juga dibedakan berdasarkan keluarga-keluarga. Perbedaannya dari setiap keluarga adalah sebagai berikut: 1. Keluarga MCS51 Mikrokonktroler ini termasuk dalam keluarga mikrokonktroler dengan arsitektur CISC. Sebagian besar instruksinya dieksekusi dalam 12 siklus clock. Mikrokontroler ini awalnya dirancang untuk aplikasi mikrokontroler chip tunggal, sebuah mode perluasan yang memungkinkan menggunakan ROM external 64KB dan RAM external 64KB yang diberikan alamat dengan cara jalur pemilihan chip yang terpisah untuk akses program dan memori data. Salah satu jenis dari keluarga MCS51 adalah Kemampuan dari mikrokontroler 8051 adalah mengizinkan operasi logika boolean tingkatan-bit dapat dilakukan secara langsung dan secara efisien dalam register internal dan RAM. Karena itulah MCS51 digunakan dalam rancangan awal PLC (Programmable Logic Control). [14] 2. AVR Mikrokonktroler Alv and Vegard s Risc processor atau disingkat AVR merupakan mikrokonktroler dengan arsitektur RISC 8 bit. Karena RISC inilah sebagian besar kode instruksinya dikemas dalam satu siklus clock. AVR adalah jenis mikrokontroler yang paling sering dipakai dalam bidang elektronika dan instrumentasi. Secara umum AVR dapat dikelompokkan dalam 4 kelas. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Keempat kelas tersebut adalah keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. [14] 3. PIC Mikrokontroler PIC merupakan kependekan dari Programmable Interface Controller. Tetapi pada perkembangannya berubah menjadi Programmable Intelligent Computer. PIC termasuk keluarga mikrokonktroler berarsitektur CISC yang dibuat oleh Microchip Technology. Awalnya dikembangkan oleh Divisi 23

18 Microelektronic General Instruments dengan nama PIC1640, dengan pemograman melalui hubungan serial pada komputer. [14] ADC Mikrokontroler Salah satu fasilitas dari IC mikrokontroler adalah memiliki converter analog ke digital (ADC). ADC mikrokontroler yang berfungsi untuk mengubah data analog menjadi data digital agar data analog tersebut dapat diolah oleh mikrokontroler. ADC mikrokontroler memiliki 2 karakter prinsip yaitu kecepatan sampling dan resolusi. Kecepatan sampling suatu ADC menyatakan seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS). [13] Ada dua jenis konversi pada ADC mikrokontroler, yaitu yang pertama mode konversi tunggal (single conversion). Dalam mode ini konversi dilakukan untuk sekali pembacaan sampel tegangan input. Konversi dimulai ketika bit ADSC di-set dan bit ini tetap di-set sampai satu kali konversi selesai, setelah itu bit ini otomatis di clear CPU. Sedangkan mode yang kedua yaitu mode konversi kontinyu (free running). Dalam mode ini konversi dilakukan secara terus menerus (ADC membaca sampel tegangan input lalu dikonversi dan hasilnya ditampung di register ADCH dan ADCL secara terus menerus) [12] 2.5 Wi-Fi Wi-Fi merupakan kependekan dari Wireless Fidelity, yang memiliki pengertian sekumpulan standar yang digunakan untuk jaringan lokal nirkabel (Wireless Local Area Network-WLAN) yang didasarkan pada spesifikasi IEEE [11] Awalnya Wi-Fi ditujukan untuk penggunaan perangkat nirkabel dan Jaringan Area Lokal (LAN), namun saat ini lebih banyak digunakan untuk mengakses internet. Hal ini memungkinan seseorang dengan komputer dengan kartu nirkabel (wireless card) atau personal digital assistant (PDA) untuk terhubung dengan internet dengan menggunakan titik akses (atau dikenal dengan hotspot) terdekat. [11] 24

19 Wi-Fi dirancang berdasarkan spesifikasi IEEE Sekarang ini ada empat variasi dari , yaitu: A a B b C g D n Spesifikasi b merupakan produk pertama Wi-Fi. Variasi g dan n merupakan pengembangan dari produk sebelumnya. Berikut ini diberikan penjelasan spesifikasi Wireless Fidelity (Wi-Fi). A a IEEE a adalah sebuah teknologi jaringan nirkabel yang merupakan pengembangan lebih lanjut dari standar IEEE yang asli, namun bekerja pada bandwidth 5.8 GHz dengan kecepatan maksimum hingga 54 Mbps. Metode transmisi yang digunakan adalah Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) yang mengizinkan pentransmisian data secara paralel di dalam subfrekuensi. Penggunaan OFDM memiliki keunggulan resistansi terhadap interferensi dengan gelombang lain dan tentunya peningkatan throughput. B b IEEE b merupakan pengembangan dari standar IEEE yang asli, yang bertujuan untuk meningkatkan kecepatan hingga 5.5 Mbps atau 11 Mbps tapi tetap menggunakan frekuensi 2.45 GHz. Dikenal juga dengan IEEE HR. Pada praktiknya kecepatan maksimum yang dapat diraih oleh standar IEEE b mencapai 5,9 Mbps pada protokol TCP, dan 7.1 Mbps pada protokol UDP. Standard ini sempat diterima oleh pemakai di dunia dan masih bertahan sampai saat ini. Tetapi sistem b bekerja pada band yang cukup kacau dan mudah terganggu seperti gangguan pada Cordless dan frekuensi microwave yang dapat menganggu pada daya jangkaunya. Standard b hanya memiliki kemampuan tranmisi standard dengan kecepatan 11Mbps atau rata rata 5 Mbps yang dirasakan lambat, menggandakan (turbo mode) kemampuan wireless selain lebih mahal tetapi tetap tidak mampu menandingi kemampuan tipe a dan g. 25

20 C g IEEE g adalah sebuah standar jaringan nirkabel yang bekerja pada frekuensi 2,45 GHz dan menggunakan metode modulasi OFDM g yang dipublikasikan pada bulan Juni 2003 mampu mencapai kecepatan hingga 54 Mbps pada pita frekuensi 2,45 GHz, sama seperti halnya IEEE dan IEEE b. Standar ini menggunakan modulasi sinyal OFDM sehingga lebih resistan terhadap interferensi dari gelombang lainnya. [2] D n n didasarkan pada standar 802,11 sebelumnya dengan menambahkan multiple-input multiple-output (MIMO) dan 40 MHz ke lapisan saluran fisik (PHY), dan frame agregasi ke MAC layer. MIMO adalah teknologi yang menggunakan beberapa antena untuk menyelesaikan informasi lebih lanjut secara koheren dari pada menggunakan satu antena. Dua manfaat penting MIMO adalah menyediakan keragaman antenna dan spasial multiplexing untuk n. Kemampuan lain teknologi MIMO adalah menyediakan Spatial Division Multiplexing (SDM). SDM secara spasial multiplexer beberapa stream data independent di-transfer secara serentak dalam satu saluran spektral bandwidth. MIMO SDM dapat meningkatkan throughput data seperti jumlah dari pemecahan stream data spatial yang ditingkatkan. Setiap aliran spasial membutuhkan antena yang terpisah baik pada pemancar dan penerima. Di samping itu, teknologi MIMO memerlukan rantai frekuensi radio yang terpisah dan analog-ke-digital converter untuk masing-masing antena MIMO yang merubah biaya pelaksanaan menjadi lebih tinggi dibandingkan dengan sistem non-mimo. Untuk spesifikasi Wi-Fi seperti pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Spesifikasi Wi-Fi Spesifikasi Kecepatan Frekuensi Band Cocok dengan a 54 Mbps ~2.4 GHz a b 11 Mbps ~2.4 GHz b g 54 Mbps ~2.4 GHz b, g n 100 Mbps ~5 GHz b, g, n 26

21 2.6 I TO V CONVERTER Converter arus ke tegangan merupakan rangkaian untuk mengubah arus listrik menjadi tegangan, bila terjadi perubahan arus maka tegangan juga akan berubah. Untuk membuat rangkaian pengkonversi arus ke tegangan dapat menggunakan komponen pasif resistor. Sesuai dengan hukum Ohm bahwa besar arus listrik yang mengalir dalam sebuah konduktor berbanding lurus dengan besar tegangannya. Atau dapat dituliskan dalam Persamaan 2.17 sebagai berikut: V= I R (2.17) Dimana V = Tegangan I = Besar kuat arus R = Resistansi konduktor Berdasarkan persamaan diatas, maka dapat digambarkan kurva perbandingan arus dan tegangan sebagai berikut: Current (A) Resistance (Ω) Voltage (V) Gambar 2.14 Perbandingan Arus Terhadap Tegangan 27

22 Gambar 2.15 Rangkaian Konverter Arus Ke Tegangan Besar tegangan pada beban akan sama dengan besar hambatan beban dikalikan dengan arus beban, dan besar tegangan pada resistansi sama dengan besar arus resistansi dikalikan dengan besar hambatan resistansi. Jadi bila arus sumber turun, maka tegangan pada beban juga akan turun. 28