PERANCANGAN PERANGKAT ELECTROTHERAPY BERBASIS ARDUINO MEGA 2560 DENGAN TAMPILAN ITDB 2,4E 8 BIT TOUCH SCREEN GRAPHIC LCD

Transkripsi

1 PERANCANGAN PERANGKAT ELECTROTHERAPY BERBASIS ARDUINO MEGA 2560 DENGAN TAMPILAN ITDB 2,4E 8 BIT TOUCH SCREEN GRAPHIC LCD TUGAS AKHIR Disusun untuk melengkapi Tugas Akhir dan syarat-syarat untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh : MUHAMMAD AMIRUDDIEN D FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2014 i

2 ii

3 iii

4 KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan kenikmatan yang tidak ternilai jumlahnya. Nikmat yang paling besar ialah nikmat iman dan islam karena dengan itu manusia dapat diantarkan pada kebahagiaan dunia dan akherat. Sholawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW yang kita nantikan syafaatnya kelak. Hanya karena Allah SWT, akhirnya penulis dapat melewati berbagai kendala dan tantangan dalam menyelesaikan dan menyusun laporan tugas akhir ini. Tugas akhir ini disusun dan diajukan guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan program studi S-1 jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Terselesaikannya Tugas Akhir dengan judul PERANCANGAN PERANGKAT ELECTROTHERAPY BERBASIS ARDUINO MEGA 2560 DENGAN TAMPILAN ITDB 2,4E 8 BIT TOUCH SCREEN GRAPHIC LCD ini tidak lepas dari bantuan, bimbingan, dukungan dan saran dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Bambang Setiaji, selaku Rektor UMS. 2. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Umar, ST., MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. iv

5 4. Bapak Ir. Abdul Basith, MT, selaku Pembimbing I dalam tugas akhir ini. 5. Ibu Umi Fadlilah, ST, M. Eng, selaku Pembimbing II dalam tugas akhir ini. 6. Bapak/Ibu Dosen selaku Dewan Penguji dalam Tugas Akhir ini. 7. Bapak/Ibu Dosen yang telah membimbing dan memberikan ilmunya selama ini kepada kami. 8. Seluruh Staf Tata Usaha, Akademik maupun Non Akademik, yang telah banyak membantu dan memberikan kemudahan kepada penulis selama menempuh studi di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 9. Teman-teman di KMTE, KMTE Robot Reseacrh, Ikatan Mahasiswa Muhammadiyah (IMM), teman-teman elektro,kakak angkatan 2004 sampai adik angkatan 2010 yang telah berbagi dalam suka duka bersama selama ini. Akhir kata, penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan dan mohon maaf atas segala kesalahan. Surakarta, Juni 2014 Penulis v

6 MOTTO Kita selalu bertanya dan Al Qur'an sudah menjawabnya. 1. Kita bertanya : Mengapa aku diuji? Quran menjawab: "Apakah manusia itu mengira bahwa mereka dibiarkan saja mengatakan,"kami telah beriman", sedangkan mereka tidak diuji? Dan sesungguhnya Kami telah menguji orang-orang yang sebelum mereka, maka sesungguhnya Allah mengetahui orang-orang yg benar dan sesungguhnya Dia mengetahui orang-orang yang dusta." [Surah Al-Ankabut ayat 2-3] 2. Kita bertanya : Mengapa ujian seberat ini? Quran menjawab: "Allah tidak membebani seseorang itu melainkan sesuai dengan kesanggupannya," [Surah Al-Baqarah ayat 286] 3. Kita bertanya : Mengapa aku tidak dapat apa yang aku idam-idamkan? Quran menjawab: "Boleh jadi kamu membenci sesuatu padahal ia amat baik bagimu, dan boleh jadi pula kamu menyukai sesuatu, padahal ia amat buruk bagimu, Allah mengetahui sedang kamu tidak mengetahui." [Surah Al-Baqarah ayat 216] vi

7 4. Kita bertanya : Mengapa aku merasa frustrasi? Quran menjawab: "Janganlah kamu bersikap lemah. dan janganlah pula kamu bersedih hati, padahal kamulah orang-orang yang paling tinggi derajatnya, jika kamu orang-orang yang beriman." [Surah Al-Imran ayat 139] 5. Kita bertanya : Bagaimana aku harus menghadapinya? Quran menjawab: "Dan mintalah pertolongan (kepada Allah) dengan jalan sabar dan mengerjakan sholat; dan sesungguhnya shalat itu amatlah berat kecuali kepada orang-orang yang khusyu" [Surah Al-Baqarah ayat 45] 6. Kita bertanya : Apa yang aku dapat daripada semua ini? Quran menjawab: "Sesungguhnya Allah telah membeli dari orang-orang mu'min, diri, harta mereka dengan memberikan syurga untuk mereka.[surah At-Taubat ayat 111] 7. Kita bertanya : Kepada siapa aku berharap? Quran menjawab: 'Cukuplah Allah bagiku,tidak ada Tuhan selain darinya. Hanya kepadanya aku bertawakkal." [Surah At-Taubat ayat 129] vii

8 8. Kita berkata : Aku tak tahan! Quran menjawab: "...dan janganlah kamu berputus asa dari rahmat Allah. Sesungguhnya tiada berputus asa dari rahmat Allah melainkan kaum yang kafir." [Surah Yusuf ayat 12] 9. Kita bertanya: Mengapa hati ini tidak tenang? Quran menjawab: (yaitu) orang-orang yang beriman dan hati mereka manjadi tenteram dengan mengingat Allah. Ingatlah, hanya dengan mengingati Allah-lah hati menjadi tenteram. [Ar Ra'd ayat 28] Jadikanlah sabar dan shalat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya yang demikian itu sungguh berat kecuali bagi orang-orang yang khusyu, (yaitu) orang-orang yang meyakini bahwa mereka akan menemui Tuhannya dan bahwa mereka akan kembali kepada-nya. [Al-Baqarah: 45-46] viii

9 PERSEMBAHAN Karya kecil ini aku persembahkan untuk yang tercinta dan terkasih : 1. Allah SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-nya yang tanpa batas sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. 2. Nabi Muhammad SAW yang telah membawa umat islam dari zaman kebodohan menuju zaman yang penuh dengan ilmu pengetahuan dan teknologi. 3. Ayah dan ibu tercinta. Kasih sayang, pengorbanan, dorongan dan doa yang penuh dengan keikhlasan hati. Bekerja keras demi membesarkan dan mendidik tanpa pamrih, yang hanya berharap anaknya menjadi lebih baik dari mereka. 4. Kakakku tersayang yang senantiasa memberikan motivasi dan doanya. 5. Keponakanku yang cantik jelita yang telah memberiku semangat dengan tawa riangnya. 6. Teman-teman KMTE, KMTE Robot Research, Ikatan Mahasiswa Muhammadiyah, dan semua yang tidak bisa aku sebutkan satu per satu. ix

10 x

11 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... HALAMAN PERSETUJUAN... HALAMAN PENGESAHAN... KATA PENGANTAR... MOTTO... PERSEMBAHAN... DAFTAR KONTRIBUSI... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... i ii iii iv vi ix x xi xv xvi ABSTRAKSI... xxii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Telaah Penelitian Landasan Teori Electrotherapy... 8 xi

12 1. Parameter Penggunaan Alat Electrotherapy Jenis AplikasiElectrotherapy Komponen pada Perangkat Electrotherapy Arduino Mega Touchscreen Module ITDB24E 8 bit Transformator Regulator tegangan Real Time Clock (RTC) IC DS Sensor suhu LM Mikrokontroller AVR ATMega IC Operational Amplifier LM Relay Power Amplifier BAB III METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat penelitian Peralatan utama dan pendukung Peralatan Utama Elektronika Peralatan Pendukung Alur Penelitian Perancangan Perancangan Sistem Elektronika Perancangan Power Supply Perancangan Rangkaian Pengolah sinyal xii

13 3. Driver Alarm Driver Kipas Driver Touchscreen Module ITDB24E 8 bit Perancangan Mekanik Perancangan Algoritma dan Pemograman Algoritma pemograman Real Time Clock (RTC) IC DS Algoritma pemograman sensor suhu LM35 dan driver kipas Algoritma pemograman Touchscreen Algoritma pemograman sinyal TENS Algoritma pemograman pengolahan sinyal DAC Algoritma Program Utama BAB IV HASIL DAN ANALISA Hasil Penelitian Uji coba dan Analisa Rangkaian Power Supply Arduino Board (Arduino Mega 2560) Touchscreen Module ( ITDB24E tipe 8 bit) Rangkaian Real Time Clock (RTC) IC DS Driver Alarm (Buzzer) Sensor suhu LM35 dan Driver Kipas xiii

14 Minimum Sistem ATMega8 dan RangkaianDAC (Digital Analog Converter) Rangkaian offset dan penguat buffer OP AMP Rangkaian Amplifier Rangkaian Pengganda tegangan Rangkaian Driver sinyal TENS Rangkaian Driver Relay Perbandingan dengan Perangkat Electrotherapy lain Pengujian terhadap pasien dan Quisioner BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiv

15 DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Alokasi waktu Tabel 4.1. Hasil Pengukuran tegangan catu daya Tabel 4.2. Tabel hasil pengujian rangkaian pengganda tegangan Tabel 4.3. Cara kerja rangkaian relay untuk mengontrol polaritas Tabel 4.4. Perbandingan TENS dengan Perangkat Electrotherapy Tabel 4.5. Tabel Quisioner pengujian alat xv

16 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Waveform Electrotherapy Gambar 2.2. Modulasi arus Electrotherapy Gambar 2.3. Perangkat TENS Gambar 2.4. Perangkat PNT Gambar 2.5. Kawat IDET Gambar 2.6. Arduino Mega Gambar 2.7. ITDB24E 8 bit Gambar 2.8. Bentuk Transformator Gambar 2.9. Konsep Transformator Gambar Rangkaian regulator positif 78xx Gambar Diagram pin RTC DS Gambar Konfigurasi Pin LM Gambar Rangkaian sensor LM Gambar Konfigurasi pin ATMega Gambar Konfigurasi pin LM Gambar Fungsi-fungsi Op-Amp Gambar Relay Gambar Kontruksi Normally Close Relay Gambar Kontruksi Normally Open Relay Gambar Power Amplifier OCL Gambar 3.1. Diagram Alir (Flowchart) xvi

17 Gambar 3.2. Diagram sistem keseluruhan Gambar 3.3. Rancangan Power supply Gambar 3.4. Rangkaian pengganda tegangan Gambar 3.5. Minimum sistem ATMega Gambar 3.6. Rangkaian DAC R2R Gambar 3.7. Rangkaian offset dan buffer Op-Amp Gambar 3.8. Rangkaian switching Transistor (Driver TENS) Gambar 3.9. Rangkaian driver Relay Gambar Rangkaian Power Amplifier Gambar Rangkaian driver alarm (buzzer) Gambar Rangkaian driver kipas Gambar Rangkaian driver touchscreen Gambar Tampilan depan mekanik perangkat Gambar Penataan komponen di bagian belakang Gambar Lantai 1 penataan komponen di dalam box Gambar Lantai 2 penataan komponen di dalam box Gambar Flowchart tulis data RTC IC DS Gambar Flowchart baca data RTC IC DS Gambar Flowchart sistem pembacaan sensor suhu LM35 dan pengoperasian driver kipas Gambar Flowchart pemograman touchscreen Gambar Flowchart program sinyal TENS Gambar Flowchart program sinyal DAC xvii

18 Gambar Flowchart program utama Gambar 4.1. Proses kerja perangkat Gambar 4.2. Kondisi perangkat menyala Gambar 4.3. Tampilan data waktu, suhu, kondisi alarm dan kondisi kipas 67 Gambar 4.4. Menu atur waktu Gambar 4.5. Menu atur alarm Gambar 4.6. Tampilan atur terapi jenis sinyal TENS Gambar 4.7. Tampilan atur sinyal Konvensional Gambar 4.8. Tampilan atur terapi jenis sinyal lainnya Gambar 4.9. Tampilan atur sinyal Galvanic Gambar Tampilan atur lama terapi Gambar Tampilan ketika terapi aktif Gambar Penampakan luar perangkat Gambar Penampakan dalam perangkat Gambar Rangkaian catu daya Gambar Pemasangan Arduino Board pada Laptop Gambar Pemberitahuan Instalasi berhasil Gambar Penampakan driver manager Gambar Tampilan software Arduino IDE Gambar Contoh program Arduino IDE Gambar Cara compile pada Arduino IDE Gambar Tampilan compile berhasil Gambar Proses Upload Program xviii

19 Gambar Upload sukses Gambar Error pada saat Upload Gambar LED digital pin 13 berkedip-kedip` Gambar Rangkaian driver touchscreen Gambar Letak folder arduino libraries Gambar Import library secara otomatis Gambar Cara membuka program kalibrasi Gambar Tampilan awal kalibrasi Gambar Tampilan proses kalibrasi Gambar Tampilan hasil kalibrasi Gambar Buka program pengujian touchscreen Gambar Tampilan program pengujian touchscreen Gambar Tampilan setelah pengujian Gambar Cara pemasangan RTC pada Arduino Mega Gambar Letak serial monitor pada Arduino IDE Gambar Tampilan serial monitor Gambar Komunikasi serial antar komputer dan arduino Gambar Proses pengaturan data waktu RTC Gambar Tampilan pembacaan data waktu RTC pada touchscreen Gambar Rangkaian driver alarm (Buzzer) Gambar Program pembacaan sensor LM Gambar Tampilan hasil pembacaan sensor suhu pada serial monitor. 98 Gambar Tampilan nilai suhu pada touchscreen xix

20 Gambar Program logika driver kipas Gambar Kondisi ketika kipas menyala Gambar Kondisi ketika kipas mati Gambar Rangkaian minimum sistem ATMega8 dan DAC Gambar Program Array untuk sinyal sinus Gambar Program pemanggil array Gambar Hasil pengukuran output ATMega8 dan rangkaian DAC Gambar Sinyal segitiga Gambar Sinyal gergaji Gambar Sinyal Symmetris Gambar Sinyal Asymmetris Gambar Rangkaian offset dan penguat Op-Amp Gambar Gambar rangkaian Op-Amp Gambar Sinyal hasil konversi DAC Gambar Hasil output rangkaian offset buffer Gambar Bentuk sinyal pengujian pertama Gambar Bentuk sinyal pada pengujian kedua Gambar Bentuk sinyal output dengan penguatan minimal Gambar Bentuk sinyal output dengan penguatan maksimal Gambar Sinyal sinus setelah penguatan amplifier Gambar Sinyal segitiga setelah penguatan amplifier Gambar Sinyal gergaji setelah penguatan amplifier Gambar Bentuk sinyal symmetris sebelum penguatan amplifier xx

21 Gambar Bentuk sinyal symmetris setelah penguatan amplifier Gambar Gambar sinyal asymmetris sebelum penguatan amplifier Gambar Gambar sinyal asymmetris sesudah penguatan amplifier Gambar Rangkaian pengganda tegangan Gambar Rangkaian driver TENS Gambar Sinyal Konvensional Gambar 4.75 Sinyal Burst duty Gambar Sinyal Intense Gambar Sinyal MRW Gambar Rangkaian driver Relay Gambar Sinyal TENS berkutub positif Gambar Sinyal TENS berkutub negatif Gambar Rangkaian relay untuk mengontrol polaritas Gambar Sinyal Interferensial Gambar Sinyal Asymmetris Gambar Sinyal Burst Gambar Sinyal Symmetris Gambar Sinyal DC Square Gambar Sinyal Galvanic termodulasi gergaji Gambar Sinyal Galvanic termodulasi Asymmetris Gambar Sinyal Intense Gambar Sinyal Gergaji Gambar Sinyal Galvanic xxi

22 ABSTRAKSI Terapi listrik (Electrotherapy) merupakan terapi yang memanfaatkan energi kejut listrik untuk pengobatan alternatif terhapat berbagai penyakit seperti modulasi nyeri pada kebutuhan fisioterapis. Terapi listrik merupakan terapi yang paling lama digunakan manusia dan hingga saat ini masih sangat dibutuhkan terutama dalam bidang fisioterapis. Di Indonesia sendiri, terdapat fenomena masyarakat yang melakukan aktifitas berbaring di atas rel kereta listrik agar tubuhnya mendapat sensasi kejut listrik dari rel tersebut. Mereka percaya setelah melakukan hal tersebut, badan mereka menjadi lebih bugar dan sehat. Tentu aktifitas tersebut sangatlah berbahaya. Di daerah Kota Solo sendiri terdapat pusat pengobatan terapi listrik, namun dalam prakteknya masih menggunakan peralatan yang sederhana dan keamanannya patut dipertanyakan. Pada penelitian ini, penulis berusaha merancang dan membuat perangkat yang dapat menghasilkan sinyal-sinyal yang digunakan pada terapi listrik. Penulis menggunakan Arduino Mega 2560 sebagai otak dari perangkat ini. Penulis memanfaatkan mikrokkontroller ATMega8 dan rangkaian DAC (Digital Analog Converter) untuk menghasilkan jenis/bentuk sinyal seperti : Symmetris, Asymmetris, diadinamis, triangle dan sawtooth. Untuk menghasilkan sinyal Galvanic, penulis menggunakan rangkaian pengganda tegangan. Untuk menghasilkan jenis/bentuk sinyal TENS (Transcutaneous electrical nerve stimulation) yang terdiri dari sinyal Konvensional, Burst, Intense dan MRW (Modulate Rate and Width), penulis menggunakan rangkaian switching transistor. Untuk segi tampilan, penulis menggunakan ITDB24E 8 bit Touchscreen Graphic LCD agar mengurangi penggunaan tombol dan membuat tampilan lebih menarik dan modern. Penelitian ini kemudian membuahkan hasil yaitu perangkat terapi listrik (electroherapy)berbasis Arduino Mega 2560 dengan tampilan ITDB 2,4E 8 bit Touchscreen Graphic LCD yang dapat menghasilkan sinyal TENS yaitu jenis konvensional, burst, intense dan MRW, sinyal Galvanic, diadinamis, asymmetris, symmetris, segitiga dan gergaji. Amplitudo maksimal sinyal yang dihasilkan adalah 60 volt, khusus sinyal Galvanic mempunyai amplitudo 100 volt. Pada perangkat juga terdapat pengaturan lamanya terapi, fasilitas penampil data waktu dan alarm yang semua untuk memudahkan penggunaan perangkat. Kata kunci : Electrotherapy, Arduino Mega 2560, ATMega8, Touchscreen, TENS, konvensional, burst, intense, MRW, diadinamis, asymmetris, symmetris, galvanic, triangle, sawtooth, DAC, Switching transistor. xxii