Rancang Bangun Perangkat Pengukur Jumlah Tetes Cairan Infus Dengan Memanfaatkan LED

Transkripsi

1 Rancang Bangun Perangkat Pengukur Jumlah Tetes Cairan Infus Dengan Memanfaatkan LED William Andrian 1, Retno Wigajatri Purnamaningsih 2 1 Mahasiswa, 2 Dosen Pembimbing Departermen Teknik Elektro, Universitas Indonesia Kampus baru UI, Depok 16424, Indonesia. [email protected] Abstrak Skripsi ini membahas mengenai desain dan rancang bangun perangkat pengukur jumlah tetes cairan infus. Perangkat ini bekerja dengan memanfaatkan LED inframerah (IR383) dengan panjang gelombang 940 nm dan fotodioda PIN (NTE3033) dengan respon panjang gelombang nm sebagai komponen utama. Perangkat ini didesain agar dapat mendeteksi jumlah tetesan cairan infus dalam selang waktu tertentu dan dapat memberikan informasi secara otomatis melalui tampilan pada LCD, serta bunyi alarm jika terjadi masalah pada perangkat infus atau cairan infus sudah habis. Dari hasil pengujian perangkat dengan menggunakan 3 jenis cairan yaitu ringer asetat (warna bening), vitamin b kompleks (warna merah), dan tutofusin (warna kuning) dengan 3 jenis kecepatan tetes infus, didapat bahwa warna cairan tidak berpengaruh terhadap tingkat keakuratan perangkat. Namun demikian, semakin tinggi kecepatan tetes, semakin besar kesalahan perangkat. Tingkat kesalahan maksimal perangkat yang diperoleh adalah 3,85 % yang sesuai dengan standar FDA. Kata Kunci: Tetes Infus, Photodiode, LED, ATmega 8535 The Design of an Infusion Drop Counter Measuring Device Using LED Abstract In this final project, the device operated by using an Infrared LED (IR383) with 940 nm wavelength and a photodiode (NTE3033) with wavelengths response ranging from 700nm nm as the main components of the device. This device was designed to determine the number of infusion drops and send the information automatically to an LCD display as well 1

2 as to sound the alarm in case problems occurred with the infusion set or if the infusion liquid was finished. Testing of the device was performed using three kinds of infusion liquids with three different colours, namely: Ringer Lactate (transparent), Vitamin B Complex (red), and Tutofuchsin (yellow). Three kinds of flow rates were also applied. The results of the experiments showed that colours could not affect the accuracy of the drop counting device while flow rate could affect the accuracy of the drop counting device. The test results showed the higher the speed drops, the greater the device error. The test results showed a maximum degree of error of the device was 3.85 percent which was in accordance with the FDA standard. Keywords : Infusion drops, LED, Photodiode, ATmega Pendahuluan Infus merupakan alat bantu untuk memasukkan zat cair ke dalam tubuh melalui pembuluh darah. Hal ini dilakukan agar cairan nutrisi atau cairan obat dapat bereaksi lebih cepat dibandingkan jika cairan tersebut dimasukkan melalui mulut. Metode pengobatan semacam ini dinamakan terapi intravena atau terapi IV, yaitu pemberian infus atau cairan secara langsung ke dalam sebuah vena (pembuluh balik). Namun metode ini mempunyai banyak kekurangan di mana kecepatan tetes cairan pada drip chamber akan berkurang seiring dengan berkurangnya cairan infus pada kantung infus. Oleh karena itu perawat harus sering memeriksa kondisi peralatan infus di kamar pasien. Hal ini tentu tidak praktis. Selain itu pada kondisi tertentu terdapat kendala yang sering terjadi di rumah sakit, seperti keterbatasan jumlah perawat atau ketika terjadi lonjakan jumlah pasien, pergantian jadwal jam kerja, dan lain - lain. Hal tersebut membuat pasien tidak dapat segera ditangani dan apabila cairan infus telah habis tentu hal ini dapat membahayakan pasien. Oleh karena itu bermunculan teknologi infus yang lebih canggih seperti infusion pump dan syringe pump. Alat alat tersebut sangat baik, tetapi biaya yang dikeluarkan pasien untuk mendapatkan fasilitasi seperti itu sangatlah mahal, karena peralatan yang demikian hanya diproduksi di luar negeri dan harus diimpor. Akibatnya hanya segelintir pasien yang mampu menggunakan fasilitas tersebut. [1] 2

3 Oleh karena itu penulis temotivasi untuk membuat skripsi yang berjudul RANCANG BANGUN PERANGKAT PENGUKUR JUMLAH TETES INFUS DENGAN MEMANFAATKAN LED. 2. Rancang Bangun Perangkat Gambar 2.1 Diagram blok cara kerja perangkat pengukur jumlah tetes cairan infus Pada Gambar 2.1 dapat dilihat diagram cara kerja perangkat pengukur jumlah tetes cairan infus secara keseluruhan. Atmega 8535 digunakan sebagai pusat pengatur perangkat. LED dan Photodiode digunakan sebagai komponen utama sensor pengukur jumlah tetes cairan infus. Gambar rancang bangun perangkat pengukur jumlah tetes cairan infus secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 2.2 3

4 Gambar 2.2 Rangkaian perangkat pengukur jumlah tetes secara keseluruhan 4

5 2.1 Pengukur Jumlah Tetes Cairan Infus Rancang bangun pengukur jumlah tetes dapat dilihat pada Gambar 2.3. Gambar 2.3 Rancang Bangun Pengukur jumlah tetes cairan infus Rangkaian elektronika di atas terdiri dari komponen komponen sebagai berikut : LED Infrared Light Emitting Diode adalah divais semikonduktor/dioda yang dapat memancarkan cahaya inframerah. LED inframerah yang digunakan dalam perangkat pengukur jumlah tetes cairan infus adalah LED IR383 yang mempunyai panjang gelombang cahaya sebesar 940 nm. Fotodioda Fotodioda adalah jenis alat pendeteksi cahaya berupa dioda yang mampu mengkonversi cahaya menjadi arus listrik maupun tegangan listrik, tergantung pada cara beroperasinya. Fotodioda yang digunakan adalah fotodioda PIN NTE3033 yang mempunyai respon panjang gelombang nm. Pada rangkaian ini, komponen fotodioda dipasang pada mode photoconductive karena rangkaian fotodioda digunakan untuk mendeteksi cahaya dan meningkatkan watu respons. Hal ini dapat dilakukan dengan memasang fotodioda pada mode reverse bias. Kaki anoda dipasang pada kutub negatif rangkaian dan kaki katoda dipasang pada kutub positif. Komparator Komparator merupakan komponen yang membandingkan 2 tegangan atau arus masukan dan menjadikan tegangan atau arus output yang mengindikasikan diantara 2 tegangan atau 5

6 arus yang lebih besar. Komparator biasanya digunakan di dalam alat seperti analog digital converter (ADC). Komparator pada rangkaian ini berfungsi untuk mengubah besar tegangan output dari fotodioda menjadi nilai biner yang dapat dimegerti oleh mikrokontroller. Komparator yang digunakan pada rangkaian ini adalah IC LM324 seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2. Gambar 2.2 Rangkaian Komparator Rangkaian komparator pada Gambar 2.2 terdiri dari IC LM324, sebuah potensiometer (trimpot) 5 kω dan sebuah pull up resistor. Masukan kutub (-) pada komparator berasal dari keluaran fotodioda. Sedangkan kutub (+) pada komparator dihubungkan dengan trimpot atau potensiometer. Prinsip kerja komparator adalah sebagai berikut. ketika nilai tegangan pada kutub(-) komparator lebih besar daripada kutub (+) maka nilai tegangan output = 0 akibat dari output komparator dihubungkan ke ground dari power supply komparator. Ketika nilai tegangan pada kutub (+) lebih besar daripada kutub (-) maka nilai tegangan output sama dengan besar nilai tegangan supply untuk komparator akibat dari hubungan ke ground mempunyai nilai hambatan yang sangat besar sehingga output terhubung langsung dengan power supply komparator sesuai dengan logika matematika sebagai berikut:!!"#!!!!ℎ!"#!! >!!"!"#! Low Cost Micro System Low Cost Micro System merupakan sistem minimum yang dibutuhkan oleh mikroprosessor agar dapat mengatur perangkat pengukur jumlah tetes infus sesuai dengan kebutuhan. Low Cost Micro System dibuat oleh innovatif electronic (indonesia). Komponen komponen yang terdapat pada Low Cost Micro System dapat dilihat pada Gambar

7 ATMega 8535 Mikrokontroler AVR ( Alf and Vegard s Risc processor ) memiliki arsitektur 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit ( 16-bits word ) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 ( satu ) siklus clock. Mikrokontroler AVR berteknologi RISC ( Reduced Instruction Set Computing ). Secara umum, AVR dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega dan keluarga AT86RFxx. Secara garis besar, mikrokontroller ATmega 8535 terdiri dari 4 port yaitu PORT A, B, C, D. Walaupun demikian, rangkaian yang dapat dihubungkan ke mikrokontroller harus sesuai dengan fungsi dari port tersebut. Fungsi-fungsi tersebut dapat kita ketahui dengan membaca datasheet mikrokontroller tersebut. Oscilator Oscillator merupakan sebuah rangkaian elektronik yang memproduksi sinyal elektronik yang berulang-ulang atau berosilasi. Sinyal yang dihasilkan berbentuk gelombang sinus atau gelombang persegi. Oscillator yang digunakan pada Low Cost Micro System merupakan sebuah crystal oscillator. Komponen ini berfungsi sebagai clock eksternal pada mikroprosessor ATmega Regulator Regulator merupakan sebuah komponen (yang biasanya dirangkai beserta komponen lainnya) didesain untuk menstabilkan dan mengubah nilai tegangan baik AC maupun DC, tergantung dari rangkaian di dalam chipsetnya. IC Regulator 7805 yang terdapat pada Low Cost Micro System berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 9 Volt DC yang merupakan besar tegangan input Low Cost Micro System menjadi 5 Volt DC yang merupakan besar tegangan yang dibutuhkan oleh mikroprosessor dan rangkaian elektronika. 7

8 Gambar 2.3 Low Cost Micro System [2] USART USART merupakan singkatan dari Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter. USART sering disebut juga Serial Communication Interface atau SCI. USART merupakan metode komunikasi serial standart yang biasa digunakan antarmuka atau interface 8

9 antara mikroprosessor atau sejenisnya dengan komputer sehingga keduanya bisa saling berkomunikasi. Sistem minimum Low Cost Micro System menggunakan kabel RS-232 sebagai USART untuk menghubungkan antara komputer dengan mikroprosessor. Laptop yang digunakan tidak memiliki slot untuk kabel RS-232, atau yang biasa disebut juga DB9, maka digunakan converter RS-232 USB atau Universal Serial Bus sehingga port USB pada komputer dapat digunakan sebagai jalur komunikasi USART. Pin yang digunakan mikroprosessor sebagai USART adalah port D.0 dan port D.1 yang di mana hal tersebut sudah terkonfigurasi pada sistem minimum low cost micro system. Sehingga mikroprosessor dapat menerima informasi dari laptop dan memberikan informasi kepada laptop. Dengan demikian display dapat ditampilkan pada layar komputer. ISP ISP atau In-System Programming merupakan metode pemrograman yang membuat mikrokontroller AVR dapat diprogram secara berkali-kali tanpa harus memisahkan mikrokontroler dari sistem minimumnya hanya dengan menggunakan 3 kabel antarmuka Serial Peripheral Interface (SPI) yang sederhana. Dengan metode pemrograman ISP, mikrokontroler tidak perlu dilepas dari sistemnya seperti metode pemograman lainnya. Hal ini tentu menghemat waktu dan biaya. Selain itu, hal ini memungkinkan untuk melakukan pembaharuan program yang ada di dalam mikrokontroller dengan mudah dan praktis. Sistem minimum Low Cost Micro System menggunakan chipset pemograman yang bernama DI-USB AVR ISP V2. Chipset ini dibuat oleh Depok Instrument (Indonesia). Chipset ini digunakan untuk memprogram mikrokontroller secara ISP, tanpa harus melepas mikrokontroller dari Low Cost Micro System. 2.3 Fasilitas tambahan LCD, buzzer, dan keypad merupakan 3 komponen yang digunakan sebagai fasilitas tambahan pada infus sehingga dapat membantu perawat dalam mengontrol kondisi infus dan pasien. LCD LCD pada perangkat pengukur jumlah tetes cairan infus digunakan untuk menampilkan jumlah tetes cairan infus sehingga dapat membantu perawat dalam mengontrol dan mengatur 9

10 dosis cairan infus. LCD menampilkan informasi yang berasal dari mikrokontroller dan input dari keypad. Tipe komponen LCD yang digunakan dalam perangkat pengukur jumlah tetes adalah LMB162AFC. Hubungan antarmuka antara LCD dengan mikrokontroller Atmega 8535 dapat dilihat pada Gambar 2.4. Gambar 2.4 Hubungan antarmuka antara LCD dengan Atmega 8535 [3] Buzzer Buzzer pada perangkat pengukur jumlah tetes berfungsi sebagai alarm. Buzzer akan berbunyi ketika selang infus bermasalah atau ketika cairan infus pada botol telah habis. Hal ini dapat membantu perawat dalam hal mengontrol dosis cairan infus. Buzzer terhubung dengan mikrokontroller sesuai dengan konfigurasi yang terdapat pada Gambar 2.5 Gambar 2.5 Buzzer 10

11 Keypad Keypad pada perangkat pengukur jumlah tetes cairan infus digunakan sebagai alat untuk memasukkan batas minimal kecepatan cairan infus atau dosis yang ingin disalurkan kepada pasien. Dengan demikian, alarm akan berbunyi jika kecepatan tetes cairan infus lebih lambat dari batas minimum kecepatan tetes dari input keypad. Hubungan antarmuka antara keypad dengan mikroprosessor ATmega 8535 dapat dilihat pada Gambar 2.6. Gambar 2.6 Hubungan antarmuka antara keypad dengan Atmega 8535 Pada Gambar 2.6 dapat dilihat bahwa port C pada mikroprosessor ATmega 8535 dihubungkan dengan keypad. Pin baris keypad dihubungkan dengan resistor sebagai pull up. Hal ini dilakukan untuk memastikan bahwa nilai logika dari pin kolom keypad yang dihubungkan dengan mikroprosessor bernilai 1. Dengan demikian maka mikroprosessor dapat mengetahui apakah tombol telah ditekan. 3. Pemograman Pada tahap ini, mikrokontroller diprogram melalui komputer agar rangkaian elektronika dapat bekerja sesuai dengan kebutuhan. Bahasa pemograman C dan program Codevision AVR digunakan sebagai sarana untuk pemograman ini. Secara garis besar, bagian pertama program menerangkan mengenai bagaimana cara mikrokontroller mendeteksi jumlah tetesan cairan infus. Bagian kedua program menerangkan mengenai timer yang bekerja pada mikrokontroller beserta fungsi alarm dan LCD. 11

12 Gambar 3.1 Flowchart pengukur jumlah tetes cairan infus Gambar 3.1 menggambarkan flowchart bagian pertama pada program mengenai pendeteksian jumlah tetesan cairan infus. Variabel variabel yang digunakan dan inisialisasi untuk register mikrokontroller ditentukan pada bagian pertama. READ ADC merupakan nilai tegangan input yang dibaca oleh mikrokontroller dalam bentuk nilai digital. Last dan cur merupakan variabel pengganti tegangan input sehingga dapat mendeteksi perubahan nilai tegangan input. Counter1 dan counter2 merupakan variabel jumlah tetesan air pada drip chamber. Counter1 diperuntukkan untuk menghitung jumlah tetesan air per menit sedangkan counter 2 diperuntukkan untuk menghitung jumlah tetesan air keseluruhan pada tabung infus. Ketika terjadi perubahan tegangan yaitu penurunan tegangan pada saat tetesan air menghalangi cahaya pada fotodioda tersebut maka mikrokontroller akan mendeteksi hal tersebut. Lalu ketika terjadi kenaikan tegangan kembali ketika tetesan air melewati fotodioda maka mikrokontroller akan mendeteksi hal tersebut. 1 tetesan akan terhitung pada mikrokontroller ketika terjadi 1 penurunan tegangan dan 1 kenaikan tegangan 12

13 Gambar 3.2 Flowchart pemograman timer serta fungsi alarm dan LCD Gambar 3.19 menggambarkan flowchart bagian kedua pada program mengenai timer serta fungsi alarm dan LCD. Timer didefinisikan sebagai clock cycle pada mikrokontroller ATmega 8535 sebesar 1 detik. Artinya mikrokontroller dapat mendefinisikan waktu 1 detik. Dengan demikian mikrokontroller ATmega 8535 dapat pula mendefinisikan waktu 1 menit = 60 detik. Dalam waktu 60 detik mikrokontroller akan menghitung jumlah tetesan air (counter1) pada drip chamber. Setelah itu nilai variabel jumlah tetesan air (counter1 dan counter2) ditampilkan pada LCD dan komputer. Lalu, alarm akan berbunyi jika jumlah tetesan air < 3 tetes per menit. Lalu variabel jumlah tetesan air (counter1) dan nilai detik akan direset menjadi 0 kembali. 13

14 Gambar 3.3 Flowchart cara kerja keypad. Selanjutnya beralih pada pemograman cara kerja keypad. Pada Gambar 2.6 telah diperlihatkan mengenai hubungan antarmuka antara keypad dengan mikroprosessor sehingga didapat flowchart seperti pada Gambar 3.3. Pada Gambar 3.3 dijelaskan mengenai bagaimana mendefinisikan tombol tombol yang terdapat pada keypad sehingga mikroprosessor dapat mengerti dan keypad tersebut dapat digunakan sebagai input dosis cairan infus untuk pasien. Sehingga nantinya perawat dapat mengatur kecepatan tetes cairan infus hanya dengan memasukkan input besar dosis atau kecepatan tetes yang diinginkan dengan menekan tombol keypad ketika pertama kali infus dinyalakan. Selanjutnya kecepatan tetes cairan infus akan dikendalikan oleh motor stepper secara otomatis. 4. Pengujian Rangkaian Dan Analisa Pengujian rangkaian ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keakuratan dari perangkat pengukur jumlah tetes cairan infus, menguji apakah program sudah benar, dan pengujian fungsi alarm dan LCD. Pengujian rangkaian ini dilakukan dengan cara membandingkan jumlah tetesan cairan dalam drip chamber hasil pengamatan dengan nilai yang terdapat pada LCD dengan acuan bahwa nilai hasil pengamatan mata adalah nilai yang sebenarnya. Selain 14

15 itu juga pengujian dilakukan dengan mengkondisikan jika jumlah tetesan cairan infus per menit sama dengan nol tetes, apakah alarm berbunyi. Rata - Rata Persentase Error (%) Rata - Rata Tingkat Kesalahan Perangkat Bening 1 Kuning Merah Lambat Sedang Cepat Kecepatan Gambar 4.1 Grafik rata- rata persentase error pada perangkat Pertama, pengujian dilakukan dengan menghitung jumlah tetesan cairan menggunakan 3 jenis cairan infus dengan warna yang berbeda pada 3 jenis kecepatan yang berbeda selama 1 menit. Warna cairan infus yang digunakan mewakili warna zat yang umum digunakan pada dunia medis. Warna bening mewakili zat ringer asetat yang digunakan untuk menambah ion pada tubuh pasien yang mengalami dehidrasi. Warna kuning mewakili zat tutofusin yang digunakan pada pengobatan penyakit hati. Warna merah mewakili vitamin B kompleks untuk pasien yang kekurangan vitamin B. Selanjutnya dilakukan penghitungan % error untuk mengetahui tingkat keakuratan dari perangkat pengukur jumlah tetes cairan infus. Penghitungan % error dilakukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut:! =!!!!!! 100% (1) Keterangan : E = persentase error, N s = jumlah tetesan hasil pengamatan, dan N p = jumlah tetesan yang tertera pada LCD. Setelah itu dibuat grafik data percobaan rata rata persentase 15

16 error untuk mengetahui pengaruh warna dan kecepatan tetes cairan infus terhadap tingkat keakuratan perangkat pengukur jumlah tetes. Melalui gambar 4.1 dapat disimpulkan bahwa maksimal rata rata persentase error yang dihasilkan oleh percobaan adalah kurang dari 2.5 %. Dengan demikian persentase error pada perangkat pengukur jumlah tetes lebih kecil daripada 5 %. Hal ini memenuhi standar FDA (Food and Drug Administration), yaitu nilai rata rata persentase error yang diperbolehkan agar infusion pump dianggap baik dan dapat digunakan oleh rumah sakit. Alarm atau buzzer akan berbunyi selama 11 detik jika kecepatan tetes infus yang terdeteksi kurang dari 3 tetes per menit dan jumlah tetes lebih dari 9600 tetes dihitung sejak infus digunakan. Kecepatan tetes kurang dari 3 tetes per menit mengindikasikan bahwa selang infus bermasalah atau cairan infus telah habis. Untuk memastikan bahwa alarm akan berbunyi jika infus telah habis maka diperhitungkan terlebih dahulu jumlah tetes dalam 1 botol cairan infus yang penuh. Dalam percobaan digunakan 500 ml botol infus dan infusion set 20 tetes / ml. Maka dapat diperkirakan jumlah tetes yang akan terjadi sebanyak tetes. Dengan demikian jika jumlah tetes lebih dari 9600 tetes maka alarm juga berbunyi. 5. Kesimpulan Dari hasil pengujian di laboratorium terhadap perangkat hasil rancang bangun dan analisa data yang dihasilkan, maka dapat disimpulkan bahwa telah berhasil dilakukan pembuatan rancang bangun perangkat pengukur jumlah tetes cairan infus dengan menggunakan LED dan fotodioda sebagai komponen utama dengan alarm dan LCD sebagai display. Rancang bangun perangkat pengukur jumlah tetes mempunyai tingkat kesalahan maksimal sebesar 3.85 %. Hal ini sesuai dengan standar FDA yang mensyaratkan persentase error atau tingkat kesalahan infusion pump harus lebih kecil dari 5 %. Untuk penggunaan cairan infus 500 ml dan infusion set dengan 20 tetes / ml, alarm pada perangkat pengukur jumlah tetes akan berbunyi jika jumlah tetes infus / menit kurang dari 3 tetes dan jumlah tetes infus dari awal melebihi 9600 tetes. Hal tersebut mewakili kondisi saat infus tidak mengalir sempurna atau habis. 16

17 6. Referensi [1] R C Gupta et all, Design and Implementation of Controlled drug infusion system, Journal of Scientific and Industrial Research( Oktober 2005 ), hal [2] Innovative Electronic (Indonesia). Manual Low Cost Micro System. [3] Wardhana, Lingga Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi. Yogyakarta: Andi Offset. [4] Donald A Neamen 1996, Electronic circuit analysis and design, university of new mexico. WCB/McGraw Hill. [5] Brian W Kernighan, Dennis M Ritchie 1978, The C programming language. Prentice Hall. 17