Sistem Monitor Jarak Jauh Elektrokardiogram dan Tekanan Darah Nirkabel Berbasis Mikrokontroler

Transkripsi

1 Sistem Monitor Jarak Jauh Elektrokardiogram dan Tekanan Darah Nirkabel Berbasis Mikrokontroler Oleh: Bayu Widi Sasongko NIM : Skripsi Untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh Ijasah Sarjana Teknik Elektro PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA

2 Sistem Monitor Jarak Jauh Elektrokardiogram dan Tekanan Darah Nirkabel Berbasis Mikrokontroler Oleh: Bayu Widi Sasongko NIM : Skripsi ini telah diterima dan disahkan Sebagai salah satu persyaratan guna mencapai SARJANA TEKNIK ELEKTRO dalam Konsentrasi Teknik Elektronika PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA Disahkan oleh : Pembimbing I Pembimbing II Daniel Santoso, M.S. Tgl : Ir. Lukas B.S.S, M.Sc Tgl :

3 INTISARI Kondisi pelayanan dan fasilitas kesehatan di Indonesia yang tidak merata khususnya di daerah terpencil mulai mendapat perhatian banyak pihak. Di kota besar, pasien dapat dengan mudah memperoleh data kesehatan seperti tekanan darah, rekaman elektrokardiogram, dan data lainnya. Sedang di daerah terpencil, pasien harus mengeluarkan biaya lebih untuk mendapatkannya Untuk mengatasi kesulitan ini, penulis merancang sistem monitor jarak jauh elektrokardiogram dan tekanan darah. Pengukuran tekanan darah menggunakan metode oscilometric. Hasil pengukuran adalah tekanan sistolik, tekanan diastolik, dan laju detak jantung. Pembacaan elektrokardiogram menggunakan sistem 3 leads. Pada percobaan pembacaan elektrokardiogram, aplikasi desktop dapat menampilkan gelombang PQRST. Hasil pengukuran tekanan darah dibandingkan dengan OMRON T9P. Error pengukuran tekanan sistolik, tekanan diastolik dan laju detak jantung adalah 0.45%, 0.99% dan 1.91%. Pada percobaan mengirim data dengan kondisi tanpa ada halangan, data pada modul transceiver YS1020 masih sesuai pada jarak 130 meter. Pada kondisi ada halangan, data masih sesuai pada jarak kurang dari 30 meter. i

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus yang telah menyertai penulis dalam penyelesaian tugas skripsi ini baik dalam penulisan maupun pembuatan. Sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik sebagai syarat untuk menyelesaikan studi Strata 1 di Fakultas Teknik Elektro dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana. Pada kesempatan ini juga, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak, antara lain: 1. Ayah dan Ibu yang telah mendorong, mengingatkan, dan memberi dukungan kepada penulis baik di dalam doa, finansial, serta semangat yang telah diberikan. 2. Nenek tercinta yang telah menemani selama kuliah di Salatiga. 3. Seseorang yang telah menemani, membantu, memberi semangat, dukungan dan doa selama kuliah. 4. Kedua kakakku dan kedua adikku yang banyak membantu dan menolong selama di Salatiga. 5. Bapak Daniel Santoso, M.S. serta Bapak Ir. Lukas B.S.S, M.Sc yang telah bersedia membimbing, mengkoreksi dan memberikan saran kepada penulis selama pembuatan skripsi ini. 6. Seluruh tenaga pengajar FTEK yang telah memberikan bekal ilmu dan pengetahuan selama kuliah. 7. Saudara Arif Widodo dan Bapak Achmad Rizal yang juga menolong dan membimbing dalam mengerjakan skripsi ini khususnya dalam mengerjakan tentang elektrokardiogram walaupun hanya lewat . ii

5 8. Teman-teman angkatan 2004 yang sudah menjadi rekan seperjuangan dalam mengarungi perkuliahan, Yos, Lero, Karel, Gito mesum, Nopen, Jeimy, Surya, Obho, Daniel, DK, Pakdhe, Pakche, Lintang, Iwan, Ari, Agung San, Agung Bo, Nopek, Trex, Kumis, Samuel, Herman, Hendry, Abraham, Nana, Shinta, Ocha, dan semuanya. 9. Teman-teman lab skripsi yang ikut membantu, menolong, memberikan ide dan saran dalam mengerjakan skripsi, juga menemani gymnastic malam-malam, Bos Dancuk, Bejat, Ponco, Beeha, Mas Wid, Bajirut, Julius, Thomas, Om Sembir, Mas Anton, Bro Jan, Kiki, Hansen, Ipank, O ong, dan semuanya TQ brow 10. Teman-teman futsal di Salatiga yang membuat penulis jadi berolahraga dan berkeringat, Wawan, Samuel, Luise, Panjul, Rea dan semuanya TQ brow. Juga temen-temen futsal di Solo, Saras, Tyas, Niko, Patra, Raja, Wibi. TQ juga brow Gereja Bethany Salatiga yang turut membantu pertumbuhan rohani penulis.. Juga membantu penulis belajar musik dan WL. Akhir kata, penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam skripsi ini, oleh sebab itu kritik dan saran yang membangun dari para pembaca sangat diharapkan. Dengan demikian semoga penulisan skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan terima kasih atas perhatiannya. Salatiga, Januari 2012 Bayu Widi Sasongko iii

6 DAFTAR ISI INTISARI...i KATA PENGANTAR..ii DAFTAR ISI.iv DAFTAR GAMBAR..viii DAFTAR TABEL..xiv DAFTAR PERSAMAAN......xv BAB I PENDAHULUAN Tujuan Latar Belakang Batasan Masalah Sistematika Penulisan BAB II DASAR TEORI Elektrokardiogram Sistem konduksi listrik jantung Gelombang elektrokardiogram Metode Oscillometric Metode Pengukuran Detak Jantung Mikrokontroler ATMega Susunan pin IC Mikrokontroler ATMega Komunikasi Serial Analog To Digital Converter (ADC) 17 iv

7 2.7. Timer/Counter Mode operasi timer Timer/Counter Timer/Counter Timer/Counter Tapis Penguat Operasional Sensor Tekanan MPX5050GP Penguat Instrumentasi AD Modul Transceiver YS BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras Modul Pengukur Tekanan Darah Penguat dan Tapis Mikrokontroler ATMega LCD Karakter 16x Pengendali Pompa dan Solenoid Modul Penguat Elektrokardiogram Penguat Instrumentasi AD Tapis Lolos Pita Hz Tapis Lolos Bawah 20 Hz Tapis Notch...46 v

8 Penguat Non-Inverting DC Offset Perancangan Modul Komunikasi Serial Perancangan Modul Transceiver YS Perancangan dan Realisasi Perangkat Lunak Perangkat lunak pada bagian pemancar Perangkat lunak pada bagian penerima.54 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Pengujian Modul Pengukur Tekanan Darah Pengujian modul penyusun secara terpisah Modul mikrokontroler Sensor tekanan MPX5050GP Modul penguat dan tapis Pengujian modul pengukur tekanan darah secara keseluruhan Pengujian Modul Penguat Elektrokardiogram Pengujian modul penyusun secara terpisah Pengujian tapis lolos pita Pengujian tapis lolos bawah Pengujian Notch Pengujian penguat non-inverting Pengujian DC Offset Pengujian modul penguat elektrokardiogram secara keseluruhan 88 vi

9 4.3. Pengujian Modul Transceiver YS Pengujian tanpa ada halangan Pengujian ada halangan.93 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran Pengembangan 96 DAFTAR PUSTAKA..xvi LAMPIRAN...xviii vii

10 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Sistem konduksi jantung..6 Gambar 2.2. Depolarisasi pada nodus SA dan atrium berkontraksi..7 Gambar 2.3. Gelombang P pada elektrokardiogram..7 Gambar 2.4. Depolarisasi pada ventrikel dan terjadi kontraksi pada ventrikel...8 Gambar 2.5. Gelombang QRS pada elektrokardiogram...8 Gambar 2.6. Repolarisasi pada ventrikel...9 Gambar 2.7. Gelombang T pada elektrokardiogram Gambar 2.8. Sinyal elektrokardiogram secara utuh...9 Gambar 2.9. Perubahan amplitudo pada metode oscillometric Gambar Mengukur detak jantung pada pergelangan tangan...11 Gambar Susunan Pin ATMega32 14 Gambar Register UBRR..15 Gambar Register UCSRA...16 Gambar Register UCSRB...16 Gambar Register UCSRC...16 Gambar Register UDR...17 Gambar Register ADCSRA Gambar Register ADMUX Gambar Register TCCR viii

11 Gambar Register TCNT0 19 Gambar Register OCR0..20 Gambar Register TCCR Gambar Register TCNT2 20 Gambar Register OCR2..21 Gambar Register TCCR1A.21 Gambar Register TCCR1B.22 Gambar Register TCNT1 22 Gambar Register OCR1A...22 Gambar Register OCR1B 22 Gambar Kurva umum karakteristik tapis lolos-bawah 23 Gambar Kurva umum karakteristik tapis lolos pita 23 Gambar Kurva umum karakteristik tapis Notch..24 Gambar Simbol penguat operasional..25 Gambar Gambar sensor tekanan MPX5050GP..26 Gambar Grafik transfer fungsi sensor tekanan MPX5050GP.27 Gambar Susunan pin IC AD620 tampak atas...28 Gambar Modul Transceiver YS-1020UA Gambar Konfigurasi antenna..29 Gambar Dimensi YS-1020UA...30 Gambar 3.1. Blok diagram alat secara keseluruhan.31 Gambar 3.2. Manset yang dipasang pada lengan kiri..32 ix

12 Gambar 3.3. Pompa motor DC.33 Gambar 3.4. Solenoid...33 Gambar 3.5. Blok diagram pengukur tekanan darah 34 Gambar 3.6. Konfigurasi sensor MPX5050GP dan tapis 35 Gambar 3.7. Untai keseluruhan mikrokontroler ATMega Gambar 3.8. Koneksi LCD dengan mikrokontroler. 38 Gambar 3.9. Rangkaian pengendali pompa motor DC dan solenoid...39 Gambar Kabel lead.40 Gambar Elektroda yang ditempel pada tangan dan kaki. 40 Gambar Blok diagram penguat elektrokardiogram. 41 Gambar Rangkaian penguat AD Gambar Rangkaian tapis lolos pita Gambar Tapis lolos bawah 20 Hz...44 Gambar Rangkaian Notch...46 Gambar Rangkaian penguat non-inverting. 46 Gambar Rangkaian DC offset..47 Gambar MAX232 sebagai konversi TTL ke RS Gambar Koneksi modul transceiver YS1020UA dengan mikrokontroler AVR 49 Gambar Koneksi modul transceiver YS1020UA dengan komputer...49 Gambar Diagram alir bagian pemancar..50 Gambar Diagram alir modul pengukur tekanan darah 51 Gambar OMRON T9P 52 x

13 Gambar Diagram alir modul penguat elektrokardiogram Gambar Komponen tambahan PlotLab...54 Gambar Perangkat lunak bagian pemancar Gambar Format data tekanan darah 56 Gambar Format data elektrokardiogram.56 Gambar Tab Data Pengguna aplikasi desktop.57 Gambar Tab Setting Koneksi aplikasi desktop..58 Gambar Tab Main Menu aplikasi desktop...58 Gambar Tab Database aplikasi desktop...59 Gambar Tab Database EKG aplikasi desktop..59 Gambar 4.1. Diagram alir pengujian port mikrokontroler...61 Gambar 4.2. Diagram alir program LCD.63 Gambar 4.3. Pengujian LCD 64 Gambar 4.4. Grafik hasil pengujian sensor tekanan MPX5050GP..64 Gambar 4.5. Hasil pengujian sensor tekanan MPX5050GP dengan barometer..65 Gambar 4.6. Grafik fungsi sensor tekanan MPX5050GP 66 Gambar 4.7. Rangkaian penguat dan tapis.. 67 Gambar 4.8. Grafik hasil pengujian modul penguat dan tapis 67 Gambar 4.9. Keluaran modul penguat dan tapis saat frekuensi sinyal masukan 200 mhz.68 Gambar Keluaran modul penguat dan tapis saat frekuensi sinyal masukan5 Hz...68 Gambar Percobaan modul pengukur tekanan darah.69 Gambar Konfigurasi sensor tekanan MPX5050GP dengan mikrokontroler...70 xi

14 Gambar Grafik hasil percobaan tekanan sistolik...72 Gambar Scatter plot percobaan tekanan sistolik...73 Gambar Grafik hasil percobaan tekanan diastolik Gambar Scatter plot percobaan tekanan diastolik...75 Gambar Grafik hasil percobaaan laju detak jantung...77 Gambar Scatter plot percobaan laju detak jantung Gambar Rangkaian tapis lolos pita Hz Gambar Grafik hasil pengujian tapis lolos pita...80 Gambar Keluaran tapis lolos pita saat frekuensi sinyal masukan 600 Hz..81 Gambar Keluaran tapis lolos pita saat frekuensi sinyal masukan 60 Hz 81 Gambar Rangkaian tapis lolos bawah 20 Hz..82 Gambar Grafik pengujian tapis lolos bawah 20 Hz 82 Gambar Keluaran tapis lolos bawah saat frekuensi sinyal masukan 10 Hz 83 Gambar Keluaran tapis lolos bawah saat frekuensi sinyal masukan 40 Hz 83 Gambar Rangkaian Notch...84 Gambar Grafik pengujian keluaran tapis Notch..84 Gambar Keluaran tapis Notch saat frekuensi sinyal masukan 50 Hz..85 Gambar Keluaran tapis Notch saat frekuensi sinyal masukan 105 Hz 85 Gambar Rangkaian penguat non-inverting Gambar Keluaran penguat non-inverting...86 Gambar Rangkaian DC offset.87 Gambar Keluaran rangkaian DC offset xii

15 Gambar Blok penyusun penguat elektrokardiogram..88 Gambar Keluaran AD Gambar Keluaran tapis lolos pita Hz Gambar Keluaran tapis lolos bawah 20 Hz 90 Gambar Keluaran tapis Notch.91 Gambar Keluaran penguat non-inverting Gambar Keluaran DC offset Gambar Pengujian modul transceiver YS1020 dengan error Gambar Tampilan aplikasi desktop xiii

16 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Perbedaan seri AVR berdasarkan jumlah memori...12 Tabel 2.2. Rumus perhitungan nilai UBRR untuk berbagai mode operasi...16 Tabel 2.3. Keterangan pin sensor MPX5050GP...26 Tabel 2.4. Keterangan pin YS Tabel 3.1. Konfigurasi pin mikrokontroler...37 Tabel 3.2. Tabel koefisien orde Tabel 4.1. Tabel perbandingan tegangan keluaran sensor tekanan MPX5050GP...66 Tabel 4.2. Tabel percobaan pengukuran tekanan sistolik...71 Tabel 4.3. Tabel percobaan pengukuran tekanan diastolik...73 Tabel 4.4. Tabel pengukuran laju detak jantung...76 Tabel 4.5. Hasil pengujian tanpa ada halangan...93 Tabel 4.6. Hasil pengujian ada halangan...94 xiv

17 DAFTAR PERSAMAAN Persamaan 2.1. Persamaan 2.2. Persamaan 2.3. Persamaan 2.4. Persamaan 2.5. Persamaan 2.6. Persamaan 2.7. Persamaan 2.8. Persamaan 3.1. Persamaan 3.2. Persamaan 3.3. Persamaan 3.4. Persamaan 3.5. Persamaan 3.6. Persamaan 3.7. Persamaan 3.8. Persamaan 3.9. Persamaan frekuensi tengah 24 Persamaan lebar pita...24 Persamaan faktor kualitas...24 Persamaan tegangan keluaran sensor tekanan 27 Persamaan tekanan dalam kpa 27 Persamaan tekanan dalam mmhg...27 Persamaan penguatan AD Persamaan nilai resistor AD Persamaan frekuensi bawah tapis lolos pita...36 Persamaan frekuensi atas tapis lolos pita 36 Persamaan penguatan tapis lolos pita..36 Persamaan frekuensi cut-off tapis lolos bawah 20 Hz 44 Bentuk umum transfer fungsi tapis lolos bawah orde Transfer fungsi untai tapis lolos bawah 20 Hz 44 Konfigurasi penguatan tunggal...44 Koefisien A 0 45 Koefisien a 1.45 Persamaan Koefisien b 1.45 Persamaan Persamaan nilai kapasitor C 1 dan C Persamaan Persamaan nilai resistor R 1 dan R Persamaan Persamaan nilai OCR..53 xv