Nebulizer Piezoelektrik Dilengkapi Timer dan Pemilihan Flowrate Berbasis Arduino Rida Yuanita Ananda, Triana Rahmawati,ST, M.Eng, Sumber. S.ST,MT. Jurusan Teknik Elektromedik POLITEKNIK KESEHATAN KEMENTRIAN KESEHATAN SURABAYA Abstrak Nebulizer adalah alat yang digunakan untuk memberikan terapi pengobatan bagi pasien yang terserang gangguan saluran pernapasan dengan memanfaatkan cairan uap yang sudah tercampur dengan obat. Obat akan langsung menuju ke paru-paru untuk melonggarkan saluran pernafasan yang menyempit. Untuk itu pada tugas akhir ini penulis mencoba membuat Alat Nebulizer Piezoelektrik dengan dilengkapi Timer dan Pemilihan Flowrate Berbasis Arduino. Dalam pembuatan alat ini penulis merancang dengan menggunakan IC mikrokontroller ATMega 8 sebagai pengontrol utama, yang dikontrol adalah timer dan flowrate melalui PWM dengan tampilan LCD. Dari hasil analisa dapat disimpulkan bahwa alat ini mampu berjalan dengan baik dengan nilai error yang didapat dari pengukuran waktu adalah ± -0,08% dan frekuensi dari osiloskop,7mhz Kata kunci : Nebulizer, Piezoelektrik, Flowrate, Timer, PWM. PENDAHULUAN. Latar Belakang Nebulizer adalah alat yang digunakan untuk memberikan terapi pengobatan bagi pasien yang terserang gangguan saluran pernapasan dengan memanfaatkan cairan uap yang sudah tercampur dengan obat. Obat akan langsung menuju ke paru-paru untuk melonggarkan saluran pernafasan yang menyempit. Nebulizer merupakan pilihan terbaik pada kasus-kasus yang berhubungan dengan penderita asma atau Penyakit Paru Obstruksi Kronis (Winariani, 00). Prinsip kerja Nebulizer adalah dengan mengatur tebal kabut serta mengatur waktu yang diperlukan. Alat ini menggunakan piezoelektrik yang menimbulkan suatu getaran karena adanya frekuensi untuk memecah obat menjadi kabut. Menurut Dr Suradi, Penyakit Paru Obstruksi Kronis di Indonesia menempati urutan ke- dan dari data Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) menyebutkan bahwa pada tahun 00 diperkirakan penyakit ini akan menempati urutan ke- sebagai penyakit yang menyebabkan kematian. Nebulizer terdiri dari dua jenis, yaitu nebulizer compressor dan ultrasonic nebulizer menggunakan piezoelektrik. Nebulizer dengan sistem ultrasound ini lebih praktis dan simpel
serta tidak menimbulkan suara bising dibanding dengan nebulizer compressor. Alat ultrasonik nebulizer sudah pernah dibuat oleh Erly Dwiyanti (0) dengan judul Nebulizer Piezoelektrik Dilengkapi Timer dan Pemilihan Flowrate Berbasis Mikrokontroller, namun alat tersebut sudah tidak dapat digunakan kembali/rusak, tetapi Laboratorium Life Support sangat membutuhkan alat ini untuk bahan praktikum/pembelajaran. Alat ultrasonic nebulizer yang telah dibuat masih ada kekurangan yaitu bentuk box yang lebih besar setelah dimodifikasi dan terpisah antara alat nebulizer dan kotak pengontrolnya, sehingga menyusahkan pengguna untuk memakainya. Berdasar hasil identifikasi masalah tersebut penulis bermaksud membuat alat Nebulizer Piezoelektrik Dilengkapi Timer dan Pemilihan Flowrate Berbasis Arduino. Timer berfungsi untuk mengatur berapa lama penggunaan alat tersebut dan pemilihan flowrate yang berfungsi untuk mengatur tebal kabut yang dibutuhkan. Untuk ukuran box akan dibuat bentuk alat nebulizer dan pengontrolnya lebih memudahkan pengguna untuk memakainya.. BATASAN MASALAH.. Pemilihan waktu 0 menit... Menggunakan mikrokontroller ATMega8 sebagai pengolahan data... Menggunakan piezoelektrik sebagai penghasil getaran untuk memecah partikel obat menjadi kabut... Pemilihan kecepatan blower (high, medium, dan low).. Kecepatan blower high dutycycle = 00-80 %...6 Kecepatan blower medium dutycycle = 70-0%...7 Kecepatan blower low dutycycle = 0-0%...8 Tidak membahas jenis obat yang digunakan.. RUMUSAN MASALAH Dapatkah dibuat alat Nebulizer Piezoelektrik Dilengkapi Timer dan Pemilihan Flowrate Berbasis Arduino?. TUJUAN PENELITIAN.. Tujuan Umum Dibuatnya alat Nebulizer Piezoelektrik Dilengkapi Timer dan Pemilihan Flowrate Berbasis Arduino... Tujuan Khusus... Membuat rangkaian Minimum Sistem ATMega 8.... Membuat rangkaian Driver Osilator... Membuat rangkaian Osilator... Membuat rangkaian Driver Blower.... Membuat program untuk timer dan PWM.
. MANFAAT PENELITIAN.. Manfaat Teoritis... Menambah pengetahuan tentang alat elektromedik khususnya pada bidang peralatan Life support terutama Nebulizer.... Sebagai referensi penelitian selanjutnya... Manfaat Praktis Dengan adanya alat ini pengaturan waktu dan flowratenya dapat dikontrol dan dilihat pada LCD, sehingga petugas dapat mengetahui berapa lama pemakaiaan alat tersebut untuk terapi.. TINJAUAN PUSTAKA Nebulizer Alat nebulizer dapat mengubah obat berbentuk larutan menjadi aerosol secara terus-menerus, dengan tenaga yang berasal dari udara yang dipadatkan atau gelombang ultrasonik. Aerosol merupakan suspensi berbentuk padat atau cair dalam bentuk gas dengan tujuan untuk menghantarkan obat ke target organ dengan efek samping minimal dan dengan keamanan dan efektifitas yang tinggi. Partikel aerosol yang dihasilkan nebulizer berukuran antara - μ, sehingga dapat langsung dihirup penderita dengan menggunakan mouthpiece atau masker. Berbeda dengan alat MDI (Metered Dose Inhaler) dan DPI (Dry Powder Inhaler) dimana alat dan obat merupakan satu kesatuan. Ada dua jenis nebulizer yang umumnya sering digunakan: ) Nebulizer jet : menggunakan jet gas terkompresi (udara atau oksigen) untuk memecah larutan obat menjadi aerosol. ) Nebulizer ultrasonik : menggunakan vibrasi ultrasonik yang dipicu secara elektronik untuk memecah larutan obat menjadi aerosol. Alat terapi inhalasi nebulizer harus terus dijaga kebersihannya untuk menghindari pertumbuhan mikroba dan kemungkinan adanya infeksi. Sebaiknya alat nebulizer dicuci setiap setiap selesai digunakan atau sedikitnya sekali sehari. Instruksi dari pabrik pembuatnya harus diikuti secara benar untuk menghindari kerusakan plastik pembungkusnya (Ikawati, 007). Kelebihan terapi inhalasi menggunakan nebulizer adalah tidak atau sedikit memerlukan koordinasi pasien, hanya memerlukan pernapasan tidal, dan didalamnya terdapat campuran dari beberapa jenis obat (misalnya salbutamol dan ipratropium bromida). Kekurangannya adalah alat ini cukup besar sehingga kurang praktis, memerlukan sumber listrik, dan relatif mahal (Rahajoe, 008).
Nebulizer Ultrasonic Alat ini menghasilkan aerosol melalui osilasi frekuensi tinggi dari piezo-electric crystal yang berada dekat larutan dan cairan memecah menjadi aerosol. Keuntungan jenis nebulizer ini adalah tidak menimbulkan suara bising dan terus menerus dapat mengubah larutan menjadi aerosol, sedangkan kekurangan alat ini mahal dan memerlukan biaya perawatan lebih besar. Pada ultrasonic nebulizer prinsip kerjanya adalah dengan mengatur tebal kabut serta mengatur waktu yang diperlukan. Pesawat ini menggunakan piezoelektrik yang menimbulkan suatu getaran akibat adanya suatu frekuensi untuk memecah cairan obat menjadi kabut. Frekuensi tersebut dihasilkan oleh suatu rangkaian osilator. Minimum Sistem Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Karena komponen utama Arduino adalah mikrokontroler, maka Arduino pun dapat diprogram menggunakan komputer sesuai kebutuhan kita. Bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa C. Tetapi bahasa ini sudah dipermudah menggunakan fungsifungsi yang sederhana sehingga pemula pun bisa mempelajarinya dengan cukup mudah. + C 0uF C pf R 0K START up down enter SW J Reset Programmer C pf Osilator Y 6MHz J6 blower R7 J RESISTOR 6 7 8 9 9 0 6 7 8 driver osi U R0 0 D LED PC6 (RESET) 8/PB0 (ICP) 9/PB (OCA) 0/PB (OCB) /PB (MOSI) /PB (MISO) /PB (SCK) /PB6 (XT) /PB7 (XT) A0/PC0 (ADC0) A/PC (ADC) A/PC (ADC) A/PC (ADC) A/PC (SDA) A/PC (SCL) ATMEGA8 Q NPN BCE LS BUZZER J CON (RxD) PD0/0 (TxD) PD/ (INT0) PD/ (INT) PD/ (T0) PD/ (T) PD/ (AIN0) PD6/6 (AIN) PD7/7 VCC GND AVCC AREF AGND Gambar Minimum Sistem ATM8 Osilator adalah suatu rangkaian yang menghasilkan keluaran yang amplitudonya berubah-ubah secara periodik terhadap waktu. Keluaran dapat berupa gelombang sinusoidal, gelombang persegi gelombang pulsa, gelombang segitiga atau gelombang gergaji. Osilator Colpitts adalah salah satu topologi osilator yang efektif digunakan untuk pembangkit gelombang sinus pada rentang frekuensi antara 0kHz hingga 0MHz. Osilator ini menggunakan rangkaian LC dan umpan balik positif melalui suatu pembagi tegangan kapasitif. Adapun beberapa bagian yang menjadi 6 7 8 0 R 0k R 00k R 0K LCD 6 0 9 8 7 6 J
syarat untuk sebuah osilator agar terjadi osilasi yaitu adanya rangkaian penguat, rangkaian feedback, dan rangkaian tank circuit. Rangkaian feedback yaitu suatu rangkaian umpan balik yang sebagian sinyal keluarannya dikembalikan lagi kemasukan, hal ini salah satu sistem agar terjadinya tegangan dan phase yang sama antara input dan output. Pada umumnya rangkaian feedback menggunakan komponen pasif yaitu R dan C (Malvino, 99). Tank circuit adalah rangkaian yang menentukan frekuensi kerja dari osilator frekuensi pembawa (carrier), dengan menggunakan komponen L dan C semakin tinggi frekuensinya maka makin kecil harga komponen yang digunakan. Keterangan:. LCD X6.. Warna hijau : untuk UP/DOWN (timer dan pemilihan Flowrate).. Warna merah : untuk enter.. Warna merah : untuk start.. Warna kuning : untuk reset. 6. Indikator merah: untuk high. 7. Indikator biru : untuk medium. 8. Indikator hijau : untuk low.. Blok Diagram METODOOGI Gambar Bentuk LM. Blok Diagram Mekanisme Gambar. Blok Diagram Cara Kerja Blok Diagram Tekan tombol ON/OFF pada posisi ON untuk mengaktifkan catu daya yang terhubung ke seluruh rangkaian. Setting timer berfungsi untuk mengatur berapa lama penggunaan alat digunakan. Setting PWM pada motor blower berfungsi untuk
mendorong dan mengatur banyak sedikitnya uap yang dibutuhkan. Mikrokontroller ATMega 8 berfungsi sebagai pengolahan data. Tampilan setting timer dan blower akan ditampilkan pada display LCD x6. Driver oscilator akan mengaktifkan rangkaian oscilator. Rangkaian oscilator berfungsi sebagai pembangkit frekuensi untuk mengaktifkan piezoelektrik. Piezoelektrik akan menghasilkan getaran untuk memecah obat menjadi partikel kabut. Driver blower berfungsi untuk mendorong uap dan sebagai pengatur banyak sedikitnya uap yang masuk ke mouthpiece. Apabila timer habis maka buzzer akan berbunyi.. Diagram Alir timer untuk memilih berapa lama waktu dilakukan terapi ( 0 menit dengan kelipatan menit). Setelah itu masuk pada pemilihan selanjutnya yaitu pemilihan kecepatan pada blower. Pada pemilihan kecepatan blower High dutycycle yang ditentukan yaitu 00 80%, pada pemilihan kecepatan blower Medium dutycycle yang ditentukan yaitu 70 0%, sedangkan pada pemilihan kecepatan blower Low dutycycle yang ditentukan yaitu 0-0%. Saat tombol start ditekan driver blower bekerja mengaktifkan blower yang berfungsi untuk mendorong dan mengatur banyak sedikitnya uap yang masuk ke mouthpiece. Driver oscilator mengaktifkan rangkaian oscilator dan mengaktifkan piezoelektrik sehingga terjadi pemecahan obat menjadi partikelpartikel kabut. Timer bekerja untuk menghitung berapa lama waktu penggunaan. Ketika timer habis, proses pengobatan akan berhenti dan buzzer berbunyi. ANALISA DATA Tabel. pengukuran tegangan Rangkaian Driver Osilator Tegangan dari V b Logika Osilator Mikro (Volt) (Volt) Gambar. Diagram Alir Pengirim Saat pertama kali alat dihidupkan, display LCD akan menampilkan judul alat dan nama pembuat. Selanjutnya setting 0 0.0 0.0 OFF.76 0.76 ON 6
. Hasil Gelombang Osilator terhadap Osiloskop PEMBAHASAN. Rangkaian Keseluruhan oscilator berfungsi sebagai pembangkit frekuensi untuk mengaktifkan piezoelektrik. Piezoelektrik akan menghasilkan getaran untuk memecah obat menjadi partikel kabut. Driver blower berfungsi untuk mendorong uap dan sebagai pengatur banyak sedikitnya uap yang masuk ke mouthpiece. Apabila timer habis maka buzzer akan berbunyi. Pada driver blower tegangan tang diperlukan untuk mengaktifkan blower adalah VDC, dan diatur kecepatannya dengan PWM. Duty cycle yang dikehendaki saat high (00-80%), saat medium (70-0%) dan low (0-0%). Hasil Gelombang PWM saat Flowrate J R 0K R0 0 + C 0uF SW Reset D LED CON R 00k J C pf Programmer Y 6MHz C pf U PC6 (RESET) 8/PB0 (ICP) (RxD) PD0/0 6 9/PB (OCA) (TxD) PD/ 7 0/PB (OCB) (INT0) PD/ 8 /PB (MOSI) (INT) PD/ 6 9 /PB (MISO) (T0) PD/ 9 /PB (SCK) (T) PD/ 0 /PB6 (XT) (AIN0) PD6/6 /PB7 (XT) (AIN) PD7/7 7 A0/PC0 (ADC0) VCC 8 A/PC (ADC) GND 6 A/PC (ADC) 0 7 A/PC (ADC) AVCC 8 A/PC (SDA) AREF A/PC (SCL) AGND R 0k LCD 6 0 9 8 7 6 J START J6 J ATMEGA8 R 0K up down enter blower driver osi R7 Q NPN BCE LS RESISTOR High BUZZER Tekan tombol ON/OFF pada posisi ON untuk mengaktifkan catu daya yang terhubung ke seluruh rangkaian. Setting timer berfungsi untuk mengatur berapa lama penggunaan alat digunakan. Setting PWM pada motor blower berfungsi untuk mendorong dan mengatur banyak sedikitnya uap yang dibutuhkan. Mikrokontroller ATMega 8 berfungsi sebagai pengolahan data. Tampilan setting timer dan blower akan ditampilkan pada display LCD x6. Driver oscilator akan mengaktifkan rangkaian oscilator. Rangkaian Gambar. bentuk gelombang yang dihasilkan saat flowrate high Hasil Gelombang PWM saat Flowrate Medium 7
Gambar. bentuk gelombang yang dihasilkan saat flowrate medium Hasil Gelombang PWM saat Flowrate Low. Berdasarkan hasil pengukuran, timer stabil.. Berdasarkan hasil pengukuran, pada rangkaian driver osilator ketika mikro mengeluarkan logika yaitu V maka relay akan bekerja. Saat mikro mengeluarkan logika 0 yaitu 0V maka relay akan mati. 6. Berdasarkan pengukuran driver blower ketika mikro mengeluarkan logika 0 yaitu 0V maka blower akan mati. Saat mikro mengeluarkan logika yaitu V maka blower akan bekerja. Gambar. bentuk gelombang yang dihasilkan saat flowrate low Tabel pengukuran Timer 6. Saran ) Dapat memperbanyak kabut yang dihasilakn ) Desain yang lebih minimalis. ) Meminimalkan penggunaan tombo, perbanyak software. ) Tegangan yang di dapat osilator lebih di stabilkan. DAFTAR PUSTAKA 6. Kesimpulan.. Setelah melakukan percobaan, didapatkan hasil bahwa pada rangkaian mikrokontroler ketika tegangan input sebesar v maka dapat diatur untuk memasukkan menghapus program.. Berdasarkan hasil pengukuran, pada timer didapatkan nilai error rata-rata yaitu ±0,008%.. Berdasarkan hasil pengukuran pada osilator didapatkan frekuensi osilator adalah,7mhz. Alissa, Ridha Mustika. 0. Hubungan Antara Self-efficacy Dalam Mencegah Serangan Asma Dengan Stress Pada Mahasiswa.Universitas Pendidikan Indonesia. Afifah. Terapi Inhalasi Asma Bronkial. http://staff.ui.ac.id/system/files/users/afifa h/material/terapiinhalasiasmabronkial.pdf (diakses tanggal Desember 0). Artikel Kesehatan, 00. Terapi Inhalasi Respiratory. https://dokmud.wordpress.com/00/06/0 8
/terapi-inhalasi-respiratory/ tanggal 6 Desember 0). (diakses sonic-nebulizer.html (diakses tanggal Desember 0). Depok, instrument, 0. PWM (Pulse Width Modulation). https://depokinstruments.com/?s=pwm (diakses tanggal Mei 06) Dwi, Hidayah Nurul, 0. Ultrasonic Nebulizer. http://dwinurulhidayah.blogspot.co.id/0 /0/nebulizer.html (diakses tanggal Desember 0) Erly, 0. Modifikasi Nebulizer Piezoelektrik Dilengkapi Timer dan Pemilihan Flowrate Berbasis Mikrokontroller. Tugas akhir tidak diterbitkan. Prodi D-, Teknik Elektromedik Surabaya, Surabaya. Ely, Ernawati. 0. Nebulizer. http://elyernawati.blogspot.co.id/0/06/ nebulizer.html (diakses tangggal 6 Desember 0). Hasbullah, marwan. 0. Penyakit Pernapasan (ASMA). http://dokumen.tips/healthmedicine/penyakit-pernafasan-asma.html (diakses tanggal 6 Desember 0). ---, 00. Specification LCD x6. www.engineersgarage.com/electroniccomponrnts/6xlcd-module-datasheet, tanggal 9 September 0. ---, 0. Definisi Piezoelektrik. https://id.wikipedia.org/wiki/piezoelektrik (diakses tanggal 0 Desember 0) BIODATA PENULIS Nama : Rida Yuanita A. NIM : P788009 TTL : Sidoarjo, 6 Juni 99 Alamat : PERUM Bluru Permai, Sidoarjo Pendidikan : SMAN Sidoarjo Pambudi, Wahyu. 00, Sensor Quatz Crystal Microbalance (QCM). http://digitronways.blogspot.co.id/00/0 /sensor-qcm.html (diakses tanggal 7 Desember 0). Triwiyanto, 0. Modul Pelatihan Mikrokontroller AVR. ---, 0. Ultrasonic Nebulizer. http://kima.blogspot.co.id/0/07/ultra 9
0