BAB II TEORI DASAR. diri (koma) ataupun organ pencernaan yang dimiliki pasien tidak. mampu/memungkinkan untuk bekerja sebagimana mestinya.

Transkripsi

1 5 BAB II TEORI DASAR 2.1 SYRINGE PUMP Syringe pump adalah suatu peralatan medis yang berfungsi untuk membantu menginjeksikan makanan maupun obat kedalam pasien, hal ini dilakukan dikarenakan kondisi pasien tidak mampu mengkonsumsi sendiri makanan maupun jenis obat tertentu, yang disebabkan karena kondisi pasien tidak sadarkan diri (koma) ataupun organ pencernaan yang dimiliki pasien tidak mampu/memungkinkan untuk bekerja sebagimana mestinya. Karena media atau alat yang digunakan berupa syringe maka bentuk obat ataupun makanan yang memungkinkan untuk di ijeksi melalui alat ini adalah makanan atau obat yang berbentuk cair. Makanan atau obat tersebut dapat di masukkan langsung ke tubuh pasien maupun melalui saluran infuse baru kepasien. Adapun alat ini sering sekali dioperasikan pada ruangan intensive, kerena pada ruangan ini sebagian besar merupakan ruangan perawatan bagi pasien pasien yang tidak sadarkan diri, maupun pasien-pasien yang mengalami gangguan dalam system pencernaan, secara fisik alat digital syringe pump dapat dilihat seperti pada gambar dibawah, bentuk alat tersebut digunakan penulis untuk acuan dalam pembuatan tugas akhir dan juga pembuatan alat.

2 6 Gambar 2.1 Alat Syringe Pump Pada alat yang sesungguhnya maka alat syringe pump memiliki blok diagram seperti pada gambar berikut: Oclusion sensor Volume sensor Display 1 Referensi Flow rate control Motor Motor driver Control limiter Display 2 Gambar 2.2 Blok Diagram Dari blok diagram diatas maka penulis mendiskripsikan fungsi masingmasing blok diatas sebagai berikut:

3 7 1. Referensi rangkaian referensi adalah rangkaian yang berfungsi untuk memberikkan besaran referensi, yang digunakan untuk menentukan besarnya laju alir yang akan digunakan pada saat mengoperasikan alat. 2. Flow rate control Flow rate control adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengatur besarnya laju alir pada pengoperasian alat. 3. Oclusion sensor Oclusion sensor adalah rangkaian sensor yang berfungsi untuk mengetahui besarnya tekanan pada syringe, hasil sensor itu sendiri digunakan untuk menentukan besarnya tegangan pada motor, yaitu jika tekanan pada syringe tinggi maka tegangan pada motor ditambah, dan jika tekanan pada motor rendah maka teganagan dikurangi. ditambah dan dikuranginya teganagan dimaksudkan untuk penyaesuaaian agar laju alir yang ditentukan dapat tercapai pada segala kondisi. 4. Volume sensor Volume sensor yaitu rangkaian yang digunakan untuk mendeteksi seberapa banyak cairan yang telah dimasukkan kedalam tubuh.

4 8 5. Motor driver Motor driver adalah rangkaian yang digunakan untuk mengontrol kerja, kapan motor harus bekerja dan kapan motor harus berhenti bekerja, dengan media control pada panel. 6. Control limiter Control limiter adalah rangkaian yang digunakan untuk membatasi kerja dari motor, misalkan cairan pada syiringe habis maka motor berhenti bekerja. 7. Motor Motor adalah alat yang digunakan untuk menggerakkan mekanik pedorong tungkaia syringe. 8. Display Display adalah rangkaian yang digunakan untuk menampilkan suatu nilai besaran atau informasi tertentu, pada alat ini ada dua display yaitu display satu digunakan untuk menampilkan total volume injeksi dan display dua digunakan untuk menampilkan lajua alir yang diatur. 2.2 PENGERTIAN SYRINGE 1. Pengertian syringe Syringe adalah merupakan salah satu jenis alat kesehatan yang digunakan untuk memasukkan atau mengeluarkan jenis-jenis cairan ke dalam maupun keluar dari organ tubuh. Secara fisik syringe berbentuk silinder dengan ukuran-ukuran

5 9 tertentu, ukuran-ukuran syringe dapat ditentukan berdasarkan aplikasi atau penggunan syringe. 2. Metodelogi penggunaan Syringe Jika berbicara tentang metode atau cara, maka ada dua metode untuk penggunaan syringe, yaitu yang pertama tanpa mesin dan yang kedua dengan mesin. 1.Tanpa mesin, pada metode ini cara penggunaan Syringe dilakukan secara langsung atau manual untuk proses kedalam organ atau keluar organ, dengan volume pengambilan atau memasukkan cairan cukup banyak dengan waktu yang relative singkat singkat, maka dari itu metode ini tidak perlu menggunakan mesin, cukup dilakukan secara langsung oleh dokter atau perawat, jenis metode ini sering disebut dengan istilah penyuntikan. 2. Dengan mesin, Pada metode ini penggunaan syringe dibantu dengan mesin, karena pada metode ini jumlah cairan yang di masukkan kedalam tubuh memiliki volume yang relative kecil dengan waktu yang cukup lama, maka dari itu untuk efisiensi pada proses ini dilakukan dengan bantuan mesin, hanya saja pada metode ini syringe hanya mampu bekerja sebagai alat untuk memasukkan jenis-jenis cairan kedalam tubuh dan tidak biasa digunakan untuk melakukan pengambilan cairan dari dalam organ tubuh. 2.3 OPTOCOPLER Meninjau dari bentuk dan cara kerjanya, optocopler yang terdiri dari dua bagian terpisah yaitu LED infra red sebagai transmitter yang mengirim sinyal (infra red) dan fototransistor sebagai receiver yang peka tehadap sinar infra

6 10 merah, keduanya terpisah pada dua bagian saling berhadapan dengan sekat udara dengan jarak kira-kira nol koma lima centi meter sampai dengan satu centi meter. Sedangkan cara kerja optocopler adalah sebagi berikut, ketika bagian sekat tidak tehalang apa pun maka sinar infra merah yang di pancarkan oleh transmiter mampu dimanfaatkan transistor sebagi trigger maka nilai resistansi transistor menjadi lebih kecil sehingga output pada optokopler kecil. Pada kondisi sebaliknya keluaran optocopler menjadi lebih besar karena nilai resistansi transistor menjadi lebih besar, untuk lebih memahami penulis melengkapi gambar optokopler sebagai acuan OPTOCOPLER Gambar 2.3 Optocopler 2.4 LM741 (Op Amp) Sebuah op amp adalah penguat tinggi dc yang berbeda penguatan (berbeda maksudnya bahwa beberapa sinyal yang tidak sama pada kedua inputannya adalah penguat yang baik). Sebuah op amp tediri dari beberapa transistor dan komponen

7 11 lainnya yang terintegrasi menjadi sebuah single chip. Yang kita butuhkan tidak hanya mempertimbangkan komponen dalam chip, tetapi bentuk sederhana dari karakteristik terminal. Fokus pada karakteristik dari op amp memberikan kita untuk melihat banyak aplikasi pada rangkaian ini dalam bioinstrumentation. Pada gambar 2.3 dapat dilihat rangkaian ekivalen dari sebuah op amp. Dapat dilihat symbol dari op amp. Pin 1 dan pin 2 adalah untuk input, pin 6 adalah output, sedangkan pin 4 dan pin 7adalah masing-masing catu tegangan negative dan catu tegangan positip. Gain, yang juga disebut penguatan, adalah definisi sebagai penambahan dari tegangan oleh penguat, yang ditunjukkan dengan perbandingan dari output ke input LM741 Gambar 2.4 Op Amp Berdasar gambar dan referensi Penguat operasional (Operational Amplifier) atau yang biasa disebut Op-amp memiliki dua sambungan input dan satu sambungan output. Salah satu ditandai dengan - dan yang lainnya ditandai dengan +, tanda + mengindikasikan pergeseran fase sebesar nol sedangkan tanda - mengindikasikan pergeseran fase sebesar Selain sambungan input dan

8 12 output, Penguat operasional juga memiliki dua catuan simetris (biasanya ±5 V hingga ±15 V). 1. Karakteristik Op-amp : a. Open loop gain sangat besar/tak hingga b. Vout = 0, jika V1 =V2, tidak ada offset voltage. c. Impedansi input sangat besar/tak hingga. d. Impedansi output sangat kecil (0). e. Bandwidth tak hingga. 2. Tegangan Ofset Keluaran Tegangan offset keluaran (output offset voltage) VOO adalah harga tegangan keluaran dari Op Amp terhadap tanah (ground) pada kondisi tegangan masukan Vid = 0. Secara ideal, harga VOO = 0 V. Op Amp yang dapat memenuhi harga tersebut disebut sebagai Op Amp dengan CMR (common mode rejection) ideal. Tetapi dalam kondisi praktis, akibat adanya ketidak seimbangan dan ketidak identikan dalam penguat diferensial dalam Op Amp tersebut, maka tegangan ofset VOO biasanya berharga sedikit di atas 0 V. Apalagi apabila tidak digunakan umpan balik maka harga VOO akan menjadi cukup besar untuk menimbulkan saturasi pada keluaran. Untuk mengatasi hal ini, maka perlu diterapakan tegangan koreksi pada Op Amp. Hal ini dilakukan agar pada saat tegangan masukan Vid = 0, tegangan keluaran Vo juga = 0.

9 13 3. Hambatan Masukan Hambatan masukan (input resistance) Ri dari Op Amp adalah besar hambatan di antara kedua masukan Op Amp. Secara ideal hambatan masukan Op Amp adalah tak berhingga. Tetapi dalam kondisi praktis, harga hambatan masukan Op Amp adalah antara 5 kw hingga 20 MW, tergantung pada tipe Op Amp. Harga ini biasanya diukur pada kondisi Op Amp tanpa umpan balik. Apabila suatu umpan balik negatif (negative feedback) diterapkan pada Op Amp, maka hambatan masukan Op Amp akan meningkat. Dalam suatu penguat, hambatan masukan yang besar adalah suatu hal yang diharapkan. Semakin besar hambatan masukan suatu penguat, semakin baik penguat tersebut dalam menguatkan sinyal yang amplitudonya sangat kecil. Dengan hambatan masukan yang besar, maka sumber sinyal masukan tidak terbebani terlalu besar. 4. Hambatan Keluaran Hambatan Keluaran (output resistance) Ro dari Op Amp adalah besarnya hambatan dalam yang timbul pada saat Op Amp bekerja sebagai pembangkit sinyal. Secara ideal harga hambatan keluaran Ro Op Amp adalah = 0. Apabila hal ini tercapai, maka seluruh tegangan keluaran Op Amp akan timbul pada beban keluaran (RL), sehingga dalam suatu penguat, hambatan keluaran yang kecil sangat diharapkan. Dalam kondisi praktis harga hambatan keluaran Op Amp adalah antara beberapa ohm hingga ratusan ohm pada kondisi tanpa umpan balik. Dengan

10 14 diterapkannya umpan balik, maka harga hambatan keluaran akan menurun hingga mendekati kondisi ideal. 5. Lebar Pita Lebar pita (band width) BW dari Op Amp adalah lebar frekuensi tertentu dimana tegangan keluaran tidak jatuh lebih dari 0,707 dari harga tegangan maksimum pada saat amplitudo tegangan masukan konstan. Secara ideal, Op Amp memiliki lebar pita yang tak terhingga. Tetapi dalam penerapannya, hal ini jauh dari kenyataan. Sebagian besar Op Amp serba guna memiliki lebar pita hingga 1 MHz dan biasanya diterapkan pada sinyal dengan frekuensi beberapa kilohertz. Tetapi ada juga Op Amp yang khusus dirancang untuk bekerja pada frekuensi beberapa MegaHertz. Op Amp jenis ini juga harus didukung komponen eksternal yang dapat mengkompensasi frekuensi tinggi agar dapat bekerja dengan baik. 6. Waktu Tanggapan Waktu tanggapan (respon time) dari Op Amp adalah waktu yang diperlukan oleh keluaran untuk berubah setelah masukan berubah. Secara ideal harga waktu respon Op Amp adalah = 0 detik, yaitu keluaran harus berubah langsung pada saat masukan berubah. Tetapi dalam prakteknya, waktu tanggapan dari Op Amp memang cepat tetapi tidak langsung berubah sesuai masukan. Waktu tanggapan Op Amp umumnya adalah beberapa mikro detik hal ini disebut juga slew rate. Perubahan keluaran yang hanya beberapa mikro detik setelah perubahan masukan tersebut

11 15 umumnya disertai dengan oveshoot yaitu lonjakan yang melebihi kondisi steady state. Tetapi pada penerapan biasa, hal ini dapat diabaikan. 7. Karakteristik Terhadap Suhu Sebagai mana diketahui, suatu bahan semikonduktor yang akan berubah karakteristiknya apabila terjadi perubahan suhu yang cukup besar. Pada Op Amp yang ideal, karakteristiknya tidak berubah terhadap perubahan suhu. Tetapi dalam prakteknya, karakteristik sebuah Op Amp pada umumnya sedikit berubah, walaupun pada penerapan biasa, perubahan tersebut dapat diabaikan. 2.5 IC 4093 Gerbang NAND Pada dasarnya gerbang logika ini adalah IC yang mempunyai konvigurasi aljabar sebagi pengali dua buah sumber input dengan hasil keluaran yang di balik, maka dapat di contohkan sebagai berikut, apabila salah satu dari masukan high (1), maka sinyal keluaran low (0), akan tetapi apabila masukan low (0 ) maka keluarannya akan high (1). Secara dasar gerbang NAND memiliki Persamaan aljabar boolean sebagai berikut: A X B =Y

12 16 Secara fisik IC ini memiliki pin-pin sebagai berikut: Gambar 2.5 Gerbang IC 4093 A B Y Gambar 2.6 Simbol Gerbang NAND Berdasar rumus maka dapat diketahui tabel kebenaran gerbang NAND seperti dibawah ini: Tabel 2.1 Tabel Kebenaran Gerbang NAND A B Y

13 IC 7442 Multiplekser Salah satu contoh IC multiplekser atau sering di sebut sebagai deckoder adalah IC 7442, IC ini merupakan gabungan dari beberapa gerbang bolean yang di rangkai menjadi satu kemasan yang di fungsikan untuk mengembangkan inputan yang jumlahnya sedikit, agar didapatkan keluaran dengan varian yang lebih banyak. Secara fisik IC ini memiliki kofigurasi sebagai berikut: U A B C D Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y Gambar 2.7 Multiplekser 7442 Berdasar konfigurasi pin IC 7442 maka dapat penulis jabarkan beberapa fungsionalnya, pin 12,13,14 dan 15 yang memiliki notasi A,B,C dan D merupakan pin input yang digunakan untuk referensi output. Pin 1,2,3,4,5,6,7,9,10 dan 11 merupakan pin keluaran, yang mana peda keluaranya ini aktif LOW secara berurutan tergantung data input yang diberikan. Sedangkan untuk catu tegangan berada pada pin 8 sebagai ground dan pin 16 sebagi suplly tegangan. Untuk mempermudah langkah kerja meka penulis juga menyajikan tabel kebenaran dari IC multiflekser 7442 ini, perhatikan tabel dibawah ini:

14 18 Tabel 2.2 Tabel kebenaran IC 7442 Code. BCD INPUT DECIMAL OUTPUT No D C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 0 L L L L L H H H H H H H H H 1 L L L H H L H H H H H H H H 2 L L H L H H L H H H H H H H 3 L L H H H H H L H H H H H H 4 L H L L H H H H L H H H H H 5 L H L H H H H H H L H H H H 6 L H H L H H H H H H L H H H 7 L H H H H H H H H H H L H H 8 H L L L H H H H H H H H L H 9 H L L H H H H H H H H H H L 10 H L H L H H H H H H H H H H 11 H L H H H H H H H H H H H H 12 H H L L H H H H H H H H H H 13 H H L H H H H H H H H H H H 14 H H H L H H H H H H H H H H 15 H H H H H H H H H H H H H H

15 Regulator LM317 sebagai control tegangan Komponen ini merupakan salah satu bagian dari jenis komponen regulator, tapi pada komponen ini output yang dihasilkan dapat diatur berdeasarkan tegangan gate yang diberikan. Secara fisik komponen ini dapat dilihat seperti pada gambar dibawah ini. LM317 ADJ Vi Vo Gambar 2.8 Regulator LM 317 Dapat diperhatikan ada tiga bagian dalam componen ini: 1. Tegangan masukan (input). 2. Pengaturan (ajust) 3. Tegangan keluaran (output) Berdasarkan data yang telah terkumpul maka Dari tiga bagian tersebut penulis mendiskripsikan tiap fungís sebagai berikut:

16 20 1. Tegangan masukan merupakan besarnya tegangan yang akan diatur. 2. Pengaturan, yang dimasud pengaturan disini adalah pengaturan tegangan gate, tegangan yang di atur pada gate menghasilkan perubahan tegangan pada keluaran regulator. 3. Tegangan keluaran, tegangan keluaran adalah tegangan hasil pengaturan, yang besarnya berdasar pada besarnya tegangan gate yang diberikan. 2.8 IC up/down Counter 74LS192 IC 74LS192 adalah sebuah up/down decade counter,yaitu sebuah komponen yang dapat melakukan pencacahan sampai 10 (0 sampai 9) naik dan turun. Komponen 16 pin ini cukup banyak dapat dijumpai di toko komponen elektronika. 74LS192 dibangun dengan beberapa flip-flop JK dan gerbanggerbang logik. Transisi logik dari 0 ke 1 (Low to High) pada pin UP (pin 5), menyebabkan keluaran BCD (binary code decimal) QA,QB,QC dan QD naik 1 digit. Demikian juga jika ada transisi logik 0 ke 1 pada pin DOWN (pin 4), menyebabkan keluaran BCD turun 1 digit. Ada baiknya jika dijelaskan sedikit tentang aturan dari BCD seperti yang ada pada tabel dibawah ini. Pada tabel ini ditunjukkan kode biner 4 bit QD.. QA merepresentasikan kode desimal dari 0 hingga 15, selain tabel maka penulis juga mengikut sertakan gambar konfigursi umum IC 74LS192, seperti terlihat pada (gambar 2.9) :

17 21 Gambar 2.9 Configurasi IC 74LS192 Tabel 2.3 Tabel Kebenaran Pencacah IC 74LS192 Desimal QA QB QC QD

18 Dengan demikian didapat dua pembagi, dimana F adalah banyaknya flip flop urutan Qd (MSB),Qc, Qb, Qa (LSB) adalah bilangan biner 4 bit yang ekivalen dengan banyaknya pulsa yang masuk ke counter. IC 74LS192 dilengkapi juga dengan pin keluaran CO (Carry Out) dan BO (Borrow Out) yang masingmasing adalah normally high dan bekerja secara terpisah. Transisi keluaran desimal dari 9 ke 0 (counting up) men-trigger pin CO mengeluarkan pulsa 0 ke 1 (Low to High). Sebaliknya transisi desimal dari 0 ke 9 (counting down), mentrigger pin BO mengeluarkan pulsa 0 ke 1. Dengan demikian kedua keluaran ini dapat dipakai sebagai trigger clock untuk tingkat pencacahan berikutnya. Seperti contoh pada rangkaian-1 di bawah ini, 2 buah IC 74LS192 di-cascade untuk membuat pencacah nilai satuan dan puluhan. Pembaca dengan mudah tentu dapat

19 23 melanjutkannya jika perlu membuat pencacah tingkat berikutnya untuk nilai ratusan, ribuan dan seterusnya. 2.9 IC Swichange 4066 Dari nama yang telah disebutkan dapat diketahui IC ini adalah IC yang digunakan sebagai saklar, hanya saja tidak seperti saklar pada umumnya yang pengoperasianya dilakukan secara langsung, saklar ini beriperasi dengan pengaruh tegangan control. Pada dasarnya IC ini memiliki 4 buah fungsi saklar yang dapat dimanfaatkan, masing-masing saklar di control olegh satu tegangan dan mampu melewatkan satu sumber tegangan. Primsip dasar dari IC ini adalah ketika pin Control mendapatkan tegangan maka dari pin input dapat melewatkan tegangan tertentu ke pin Output, atau berlaku sebagaii saklar tertutup. Dan sebaliknyajika pin Control tidak mendapatkan tegangan maka pin iniput tidak terhubung dengan pin Output sehingga tegangan tidak dapat dilewatkan, atau disebut sebagai saklar terbuka. Unutuk memperjelas maka penulis memberikan satugambar dari fungsi pin IC 4066, sebagi berikut C VDD A 1 B Gambar 2.10 Konfigurasi IC 4066

20 IC Decoder 7447 Decoder merupaka sebuah rangkaian digital yang digunakan untuk mengubah kode- kode input biner menjadi kode- kode output desimal atau sering di sebut dengan BCD ( Binery Code Decimal ) dimasukkan keempat terminal input decoder. output decoder yang terdiri dari sepuluh jalan keluar dihubungkan ke indikator penampil. Setiap terjadi perubahan pada keempat input decoder akan mengakibatkan salah satu outputnnya berfungsi contohnya decoder BCD ke sevent segment, artinya bahwa data-data biner 4 bit yang masuk ke dalam rangkaian tersebut akan diterjemahkan ke dalam bentuk sinyal digital yang kemudian akan menampilkan angka angka tertentu pada sevent segment sesuai dengan harga biner yang dimasukkan D0 D1 D2 D3 LT RBI A 13 B 12 C 11 D 10 E 9 15 F G 14 BI/RBO Gambar 2.11 Decoder IC 74LS47 Output pada sebuah decoder akan dilengkapi dengan indikator (led) untuk menampilkan saluran mana yang aktif, apabila tidak terdapat sinyal input maka

21 25 keluaran 0 yang diaktifkan. Gerbang NOT inverter dihubungkan ke tiap tiap output decoder sehingga sinyal keluarannya berlogika 0 IC 74LS47 merupakan IC decoder BCD yang dihubungkan pada sevent segment common anoda dengan jalan kolektor terbuka (open colector) tegangan decoder ini diberi supply +5 Vdc. Tabel kebenaran IC 74LS47 ditunjukan pada tabel 2.4. Tabel 2.4.Tabel Kebenaran IC 74LS47 Desimal Masukan Keluaran Tampilan Qd Qc Qb Qa a b c d e f g

22 Seven Segmen Display atau tampilan merupakan indikator yang digunakan untuk mengetahui kondisi kerja suatu alat. Beberapa macam indikator yang umumnya digunakan sebagai indikator tampilan adalah : 1. Sevent segment 2. Dot matrik 3. Nixie tube Sevent segment terdiri dari berbagai macam, tergantung dari jenis bahan pembuatannya antara lain : 1. tabung berisi gas (gas discharge tube) 2. LCD (Liquid Crystal Digital ) 3. LED (Light Emitting Diode ) 4. Flouroscent Phospor 5. Kawat Pijar LED terbuat dari bahan GaS (galium arsenida ) yang menyala apabila dialiri arus maju. LED sevent segment terdiri dari dua jenis Common yaitu common Anoda dan Common Katoda, pada tipe ini anoda dari masing segment dihubungkan ke Vcc, sevent segment mempinyai taraf rendah diberikan ke input sevent segment maka segment akan terbias maju, arus akan mengalir dari Vcc ke segment dan menuju taraf rendah yang disediakan driver.

23 27 Gambar 2.12 Seven Segmen LED sevent segment terdiri dari tujuh buah dioda LED, yang mana masing- masing dioda tersebut akan menyala apabila dialiri arus listrik atau beda potensial.sevent segment mempunyai keuntungan antara lain: 1. Menyala pada tegangan rendah 2. Memerlukan arus yang kecil 3. Dapat terlihat jelas 4. Mudah diperoleh dipasaran 5. Tanggap terhadap logika cepat.