PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM PEMANTAUAN

Transkripsi

1 PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM PEMANTAUAN DENYUT NADI NIRKABEL DENGAN TRANSMISI ZIGBEE (DESIGN AND REALIZATION PULSE BEAT MONITORING SYSTEM WIRELESS WITH ZIGBEE TRANSMISSION) PROYEK AKHIR Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Oleh NAMA : Firgha Ali Pritantyo NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012

2 ABSTRACT Pulse beat is one of biosignal that important for people s health indicator. This is because the velocity of pulse beat is similar to heart beat rate. For patient that have critical illness such as heart congestive disorder, it should be needed pulse beat monitoring, however it s not able to monitor pulse beat continously. For solving this problem, that was already designed and realized a final project that named monitoring pulse beat of patient wireless system. This system divided into two parts. First part include of finger probe and signal conditioner. Finger probe has a function for detect pulse beat and signal conditioner has a function for conditional signal that received from finger probe so that can be processed by microcontroller well. Finger probe was constructed by photodiode and red LED that set at acrylyc in opposite side and signal conditioner divided into filter and amplifier. The second part is microcontroller ATmega16 and Xbee modul. Microcontroller ATmega16 has a function as pulse beat data processor and Xbee modul as transceiver for transmit data with wireless transmission. This system also compacted with HMI as monitoring media that set in nurse and doctor room. This system starting for work when pulse beat detected by finger probe that clipped at finger. After pulse beat have been detected and then that signal will be conditioned by signal conditioner that include of filter and amplifier. And then data will be processed by microcontroller ATmega16 using sampling process 15 second and the result will be displayed at LCD, at the same time pulse beat data will be transmitted wireless from patient room to nurse room. And then pulse beat with that graphic can be monitored at computer that functioned as a HMI in nurse and doctor room continously and real time. From the result of system testing could be considered that the realization of this system can work well, this system can monitor pulse beat rate in a minute wireless. Maximum transmission of Xbee that used in this system is 30 m for indoor and 75 m for outdoor. Keyword: pulse beat, monitoring, finger probe, microcontroller, Zigbee, HMI.

3 ABSTRAK Denyut nadi merupakan salah satu biosinyal yang dapat digunakan sebagai indikator kesehatan manusia. Hal ini karena kecepatan denyut nadi berbanding lurus dengan jumlah detak jantung manusia. Bagi pasien yang mempunyai penyakit tertentu seperti penyakit jantung kongresif diperlukan pemantauan denyut nadi, namun pemantauan denyut nadi tidak dapat dilakukan secara terus menerus. Untuk mengatasi masalah ini, maka telah dirancang dan direalisasikan sebuah proyek akhir yang berjudul sistem monitoring denyut nadi pasien secara wireless. Sistem ini terdiri dari dua bagian. Bagian pertama terdiri dari finger probe dan pengondisi sinyal. Finger probe berfungsi sebagai pendeteksi denyut nadi sedangkan pengondisi sinyal berfungsi untuk mengondisikan sinyal yang diterima dari finger probe agar dapat diolah dengan baik oleh mikrokontroler. Finger probe dibangun dari photodiode dan red LED yang dipasang saling berhadapan pada acrylyc yang dicetak sedangkan pengondisi sinyal terdiri dari filter dan amplifier Sedangkan bagian kedua terdiri dari mikrokontroler ATmega16 dan modul XBee. Mikrokontroler ATmega16 berfungsi sebagai pengolah data pengukuran denyut nadi dan modul Xbee sebagai transceiver yang berfungsi untuk mentransmisikan data dengan sistem wireless. Sistem ini juga dilengkapi dengan HMI sebagai media monitoring yang dapat dipasang di ruang perawat dan dokter. Cara kerja sistem ini adalah pertama-tama untuk mendeteksi denyut nadi, finger probe dijepitkan pada jari tangan. Setelah denyut nadi dideteksi maka sinyalnya akan dikondisikan oleh pengondisi sinyal yang terdiri dari filter dan amplifier. Setelah itu dilakukan pengolahan data oleh mikrokontroler ATmega 16 dengan menggunakan proses sampling selama 15 detik dan hasilnya ditampilkan di LCD, pada waktu yang bersamaan denyut nadi dari ruang pasien juga ditransmisikan secara wireless dengan menggunakan zigbee ke ruang perawat. Kemudian besar denyut nadi serta grafik denyut nadi dapat dipantau pada komputer yang berfungsi sebagai HMI pada ruang perawat dan dokter secara terus menerus dan real time. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, realisasi sistem ini dapat berfungsi dengan baik yaitu dapat memantau denyut nadi per menitnya secara wireless. Setelah dilakukan pengujian didapatkan jarak maksimal transmisi Xbee yang dipakai pada sistem ini pada kondisi indoor adalah 30 m sedangkan pada outdoor adalah 75 m. Kata Kunci: denyut nadi, monitoring, finger probe, mikrokontroler, Zigbee, HMI.

4

5 Apabila telah datang pertolongan Allah dan kemenangan, dan engkau melihat manusia berbondong-bondong masuk agama Allah, maka bertasbihlah dengan memuji Tuhanmu dan mohonlah ampunan kepada-nya. Sungguh, Dia Maha Penerima Tobat (Q.S. An-Nashr) Proyek akhir ini dipersembahkan kepada Mama, papa dan adik-adikku yang telah memberikan dukungan dan doa yang tiada henti hingga proyek akhir ini telah terselesaikan dengan baik Ami Rahayuni yang selalu ada di setiap saat untuk menemani, memberikan bantuan, semangat, dan dorongan di saat susah maupun senang Sahabat terbaikku Anisa Nur Maulani dan Maulana Reksa yang telah banyak membantu serta senantiasa memberikan saran dan mengingatkan ketika salah Andi Mulyandi dan Asep Suryana Mustopa yang telah memberikan banyak ilmu, pelajaran serta bantuannya -Firgha Ali Pritantyo-

6 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas berkah dan rahmat-nya lah penulis dapat menyelesaikan proyek akhir beserta laporan sebagai salah satu syarat kelulusan Program Diploma III di Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Bandung. Proyek akhir yang berjudul Perancangan dan Realisasi Sistem Monitoring Denyut Nadi Wireless Dengan Zigbee telah berhasil penulis selesaikan tepat pada waktunya. Namun penulis menyadari terdapat banyak kekurangan dan keterbatasan dalam pengerjaan proyek ini. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi pengembangan ilmu pengetahuan yang lebih tinggi. Pada pengerjaan alat ini penulis banyak sekali mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan kali ini izinkanlah penulis mengucapkan terimakasih sebanyak-banyaknya kepada : 1. Yth. Bapak Ir. Hari Purnama, M.Eng. sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung. 2. Yth. Ibu Ervin Masita Dewi, ST., MT. sebagai Ketua Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Bandung. 3. Yth. Ibu Dr. Ir. Ediana Sutjiredjeki, M.Sc. sebagai dosen pembimbing I yang telah membimbing, memberikan petunjuk dan pengarahan dengan sangat baik sehingga penulis dapat menyelesaikan Proyek Akhir ini. 4. Yth. Bapak Firman Prima Djauhari, MT. sebagai dosen pembimbing II yang telah memberikan pengarahan mengenai pemrograman, sehingga Proyek Akhir ini dapat bekerja dengan baik. 5. Yth. Bapak Tjan Swi Hong, MSc. sebagai koordinator PA yang telah memberikan kebijaksanaannya untuk proses pengerjaan Proyek Akhir ini. 6. Yth. Bapak Suyanto, ST., M.Eng. selaku ketua penguji 7. Yth. Bapak Ir. Didik Haryogi, M.Eng. sebagai penguji 1 8. Yth. Ibu Cucun Wida Nurhaeti, ST.,M.Eng sebagai penguji 2 9. Yth. Bapak dan ibu dosen untuk semua ilmu dan pengalaman berharga yang diberikan kepada penulis.

7 10. Yth. Bapak Ihsan Somantri, selaku administrasi jurusan yang telah membantu penulis dalam birokrasi. 11. Ibu Iyom, Bapak Salim, Bapak Agus, ibu Imas, dan semua staf teknisi laboratorium teknik Elektronika yang telah membantu penulis memfasilitasi keperluan selama Proyek Akhir. 12. Teman-teman ECB 2009, yang selama 3 tahun ini telah berjuang bersama. Dengan segala kerendahan hati, penulis memanjatkan doa semoga semua bimbingan, bantuan, dorongan, dan semangat yang diberikan kepada penulis akan mendapatkan balasan pahala dari Allah SWT. Semoga proyek Akhir ini dapat bermanfaat khususnya untuk penulis dan umumnya untuk pembaca. Bandung, Juni 2012 Penulis

8 DAFTAR ISI ABSTRAK.. ii ABSTRACT... iii KATA PENGANTAR vi DAFTAR ISI.. viii DAFTAR GAMBAR. xi DAFTAR TABEL.. xiv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Batasan Masalah Metodologi Sistematika Penulisan. 5 BAB II LANDASAN TEORI Pengertian Jantung Pengertian Denyut Nadi Pengukuran Denyut Nadi Photodiode LED Pengondisi Sinyal Filter Aktif Penguat Operasional Mikrokontroler Jenis-Jenis Mikrokontroler ATmega LCD Prinsip Kerja Bagian Dalam LCD Pengoperasian LCD Transceiver Wireless IC Penyangga (Buffer) 74HC USB to Serial Converter AVR Delphi Pemograman Bascom AVR 31 BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI Tahapan Perancangan Persyaratan Sistem Kriteria Desain Spesifikasi Sistem Diagram Blok Dan Cara Kerja Alat Perancangan Perangkat Elektronik Perangkat Master Station Perangkat Slave Station 1 dan Perancangan Komunikasi dan Konfigurasi XBee Perancangan Perangkat Lunak

9 3.9 Perancangan Mekanik Realisasi Sistem Pemilihan Komponen Merangkai Rangkaian Di Papan Percobaan Perancangan PCB Pemeriksaan Hasil Cetakan PCB dan Pemasangan Komponen Realisasi Perangkat Elektronika Realisasi Perangkat Lunak Realisasi Mekanik. 60 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Tujuan Metoda Pengujian Penggunaan Alat Ukur Pengujian Dan Analisa Perangkat Master Pengujian Dan Analisa Perangkat Slave Pengujian Sistem Minimum Mikrokontroler ATmega Pengujian LCD Pengujian Rangkaian Penguat Non-Inverting Pengujian Rangkaian Filter Pengujian Red LED dan Photodiode Pengujian Jarak Komunikasi Modul Xbee Pengujian Dan Analisa Perangkat Lunak Pengujian Denyut Nadi Pasien. 74 BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran.. 77 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A (Skematik Rangkaian, Layout PCB) LAMPIRAN B (Listing Program Mikrokontroler dan HMI) LAMPIRAN C (Datasheet)

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 (a) Bagan Jantung Manusia. 7 (b) Posisi Jantung Pada Tubuh Manusia Gambar 2.2 Pemasangan Finger Probe Pada Jari (transmission methode)... 9 Gambar 2.3 Prinsip Kerja Photodiode 10 Gambar 2.4 Kurva Arus Photodiode terhadap Intensitas Cahaya yang Diterima.. 11 Gambar 2.5 Respon Frekuensi terhadap Panjang Gelombang 11 Gambar 2.6 Rangkaian Sederhana LED 12 Gambar 2.7 Low-pass filter.. 13 Gambar 2.8 Tanggapan Frekuensi low-pass filter. 14 Gambar 2.9 Simbol op-amp 14 Gambar 2.10 Pin-pin pada ATmega Gambar 2.11 Interkoneksi Komunikasi TWI. 21 Gambar 2.12 Bagian dalam LCD.22 Gambar 2.13 Simbol Teknologi Komunikasi Zigbee.. 26 Gambar 2.14 Konfigurasi Peer to Peer Gambar 2.15 Konfigurasi Jaringan Nonbeacon.. 27 Gambar 2.16 Konfigurasi pin IC 74HC4050 dan 74HC Gambar 2.17 Rangkaian USB to Serial Converter. 30 Gambar 2.18 Main Windows BASCOM AVR 33 Gambar 2.19 Windows Simulator BASCOM AVR 34 Gambar 2.20 Hardware Simulation BASCOM AVR Gambar 2.21 Tampilan Register I/O Gambar 2.22 Memori Mikrokontroller ATmega Gambar 3.1 Grafik absorbsi cahaya oleh hemoglobin.. 37 Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem. 40 Gambar 3.3 Rangkaian Master Station 42

11 Gambar 3.4 Rangkaian Mikrokontroler dan level converter.. 43 Gambar 3.5 Rangkaian LCD Driver Gambar 3.6 Rangkaian Pengondisi Sinyal.. 45 Gambar 3.7 Skematik Sensor Photoelectric Gambar 3.8 Rangkaian Regulator.. 46 Gambar 3.9 Modul XBee 2.4 Ghz. 47 Gambar 3.10 Diagram Blok Modul Wireless Xbee 2.4 GHz.. 47 Gambar 3.11 Konfigurasi Koneksi Modul XBee ke mikrokontroler 47 Gambar 3.12 Flowchart Slave. 49 Gambar 3.13 Flowchart Master Gambar 3.14 Perancangan bentuk Slave Station Box.. 52 Gambar 3.15 Perancangan bentuk Master Station Box Gambar 3.16 Perancangan Bentuk Finger Probe 54 Gambar 3.17 PCB Slave Station Gambar 3.18 PCB Master Station Gambar 3.19 PCB Driver LCD.. 58 Gambar 3.20 Form Password. 59 Gambar 3.21 Form Koneksi 59 Gambar 3.22 Form Main Menu.. 60 Gambar 3.23 Realisasi Box Gambar 3.24 Realisasi Finger Probe Gambar 4.1 Rangkaian Master Station Gambar 4.2 Skematik Rangkaian Penguat.. 66 Gambar 4.3 Skematik Rangkaian Filter.. 68 Gambar 4.4 Skematik Sensor Photoelectric 70

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan usia dan denyut nadinya. 8 Tabel 2.2 Konfigurasi pin LCD 24 Tabel 2.3 Perbandingan Teknologi wireless.. 25 Tabel 2.4 Spesifikasi Elektris IC 74HC Tabel 3.1 Konfigurasi XBee master dan slave Tabel 3.2 Bagian perancangan mekanik 51 Tabel 3.3 Daftar pemilihan komponen.. 55 Tabel 4.1 Hasil pengujian komunikasi master dan slave.. 64 Tabel 4.2 Data pengukuran rangkaian penguat non-inverting.. 67 Tabel 4.3 Hasil pengukuran frekuensi cut-off pada rangkaian low-pass filter.. 69 Tabel 4.4 Data hasil pengujian red LED dan photodiode. 70 Tabel 4.4 Hasil pengujian modul Xbee di luar ruangan 71 Tabel 4.5 Hasil Pengujian Modul Xbee di dalam Ruangan Tabel 4.6 Pengujian Denyut Nadi Pasien.. 73

13 DAFTAR PUSTAKA [1] Carr, Joseph J Introduction to Biomedical Equipment Technology. John Wiley & Sons, Inc. : Canada. [2] Austerlitz, Howard Data Acquisition Techniques Using PCs. Academic Press: San Diego [3] Ibrahim, Dogan dan Kadri Buruncuk. Heart Rate Measurement From The Finger Using A Low-Cost Microcontroller. [4] Khandpur, R S Handbook of Biomedical Instrumentation 2 nd Edition. Tata McGraw Hill : New Delhi. [5] Lopez, Santiago. Pulse Oximeter Fundamental and DesignFundamental. RTAC Americas; Guadalaraja,Mexico. [6] pada tanggal 26 Februari 2012 [7] Catur. S, Ir Wahyu Optoelektronika. Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik; Bandung. [8] pada tanggal 14 Mei 2012 [9] pada tanggal 14 Mei 2012 [10] bab5_sensor_untuk_transduser/ oleh Suhardi Rahmat/ diunduh pada tanggal 09 April 2012 [11] ATmega16/diunduh pada tanggal 20 Februari 2012 [12] XBee/diunduh pada tanggal 22 Maret 2012

14 RIWAYAT HIDUP Nama : Firgha Ali Pritantyo NIM : Alamat : Bumi Panyileukan F12 no.16 Tempat, Tanggal Lahir : Bandung, 3 Agustus alipritantyo@yahoo.com PENDIDIKAN SDN Panyileukan 03 Bandung SMPN 2 Bandung SMAN 5 Bandung Politeknik Negeri Bandung (Prodi. Tek. Elektronika)