PERANCANGAN ALAT UKUR BERAT BADAN IDEAL DENGAN METODE BODY MASS INDEX oleh Sunaryo NIM : 612009058 Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga Juli 2015
INTISARI Body Mass Index menurut World Health Organisation merupakan indeks sederhana yang menggunakan berat badan dan tinggi badan untuk mengklasifikasikan kurus, normal, gemuk dan obesitas pada orang dewasa. Hal ini didefinisikan sebagai berat badan dalam kilogram dibagi dengan kuadrat tinggi dalam satuan (kg/m 2 ). Perancangan alat ukur berat badan ideal ini bertujuan untuk memudahkan orang yang ingin memantau kesehatan mereka yang berdasarkan pada data berat dan tinggi, apakah menurut data tersebut tergolong dalam kategori orang kurus, ideal, gemuk atau obesitas yang didasarkan pada kriteria BMI cut-off point WHO sehingga mereka dapat mengatur pola makan dengan benar dan menjaga kesehatan badan. Dalam perancangan, alat terdiri dari mikrokontroler sebagai pengolah data yaitu berupa data berat dan tinggi badan, sensor strain gauge digunakan sebagai timbangan digital dengan spesifikasi beban maksimal 150 kg. Bekerja jika ada gaya tekan maka akan mengalami perubahan tegangan. Tegangan keluaran dari sensor strain gauge dalam orde milivolt sehingga dibutuhkan suatu untai pengkondisi sinyal untuk menguatkan tegangan sehingga dapat terbaca oleh pin ADC mikrokontroler. IC yang digunakan yaitu tipe INA125P sebagai penguat instrumentasi dengan tingkat presisi tinggi,mempunyai impedansi masukan tinggi, nilai CMRR tinggi dengan nilai minimal CMRR 100dB. Besar nilai penguatan yaitu sebesar 1500 kali dengan nilai R G yang digunakan sebesar 40Ω. Untuk sensor tinggi badan menggunakan SRF 05 HY dengan spesifikasi jarak maksimal pengukuran 4 meter dan jarak minimal 3cm yang mempunyai resolusi 1cm, bekerja pada frekuensi 40kHz. Alat bekerja ketika memperoleh data berat dan tinggi yang kemudian data diolah oleh mikrokontroler dengan perhitungan BMI kemudian data tersebut ditampilkan pada LCD karakter. Kata kunci : berat badan ideal, BMI (Body Mass Index) i
ABSTRACT Body Mass Index according to the World Health Organisation is a simple index that uses weight and height to classify underweight, normal, overweight and obese for adults. It is defined as weight in kilograms divided by the square of height in units ((kg/m 2 ). The design of the ideal weight measuring instrument is intended to facilitate people who want to monitor their health are based on weight and height of data, whether the data is classified according to the category of thin person, ideal, overweight or obese based on BMI criteria WHO cut-off point so they can regulate eating properly and maintaining a healthy body. In the design, the tool consists of a microcontroller as a data processor in the form of data on weight and height, strain gauge sensors are used as digital scales with a maximum load of 150 kg specification. Works if there is a compressive force then will change the voltage. The output voltage of the strain gauge sensors in the order of millivolts so it takes a strand to amplify the voltage signal conditioner so that it can be read by the microcontroller ADC pin. IC used is the type INA125P as instrumentation amplifier with high precision, has a high input impedance, high CMRR value with a minimum value of 100dB CMRR. Great value gains in the amount of 1500 times the value of RG 40Ω used. For the height sensor using SRF05 HY with a maximum distance measurement specifications 4 meters and a minimum distance of 3cm which has a resolution of 1cm, working at a frequency of 40kHz. Tool works when obtaining high and weight data and then they are processed by a microcontroller with BMI calculation then the data are displayed on the LCD characters. Keywords: ideal body weight, BMI (Body Mass Index) ii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana. Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak, yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini : 1. Allah SWT atas semua berkat rahmat dan hidayahnya yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 2. Ibu, Bapak. kakak, adik serta keluarga besar penulis. Terima kasih untuk segala dukungan doa, nasehat, materi yang telah diberikan kepada penulis. 3. Bapak Daniel Santoso, M.S. dan Bapak Deddy Susilo,M.Eng. sebagai pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, pengarahan dan solusi selama mengerjakan skripsi ini. 4. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, yang turut andil dalam proses pengerjaan skripsi ini. 5. Teman - teman khususnya yang membantu dan mendorong untuk segera lulus, Nisa, Martino, Johny,Yonatan, Herlambang, Andre, Aksa, Wikan, Anel, Yuli, Gigih terimakasih sudah menemani dan memberi support yang sangat besar kepada penulis. 6. Teman-teman angkatan 2009, terima kasih banyak atas semua pengalaman kuliah, susah sedih bersama selama di FTEK. 7. Terima kasih juga untuk Maam Yeti, yang sudah, memberikan segala macam bekal dalam kelas yang sudah saya ikuti selama perkuliahan, dorongan, semangat, nasihatnya, serta rumah kedua selama masih menjadi murid di YEC. 8. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu tetapi turut andil dalam proses pengerjaan skripsi ini. iii
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika. Salatiga, Juni 2015 Penulis iv
DAFTAR ISI INTISARI... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR ISTILAH... x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Tujuan... 1 1.2. Latar Belakang... 1 1.3. Spesifikasi Alat... 3 1.4. Sistematika Penulisan... 3 BAB II DASAR TEORI... 5 2.1. Sensor Berat (Strain Gauge)... 5 2.2. Sensor Jarak... 9 2.3. Differential Amplifier... 10 2.4. Penguat Instrumentasi... 11 2.5. Penguat Instrumentasi IC INA125P... 12 2.6. Untai Penyeimbang Jembatan Wheatstone... 14 2.7. Mikrokontroler Arduino Uno... 15 2.8. LCD (Liquid Crystal Display) Karakter 20x4... 17 BAB III PERANCANGAN ALAT... 19 3.1. Gambaran Sistem... 19 3.2. Perancangan Dan Realisasi Perangkat Keras... 21 3.2.1. Sensor Strain Gauge... 21 3.2.2. Rangkaian Pengkondisi Sinyal... 22 3.2.3. Perancangan Modul Sensor Tinggi... 25 3.2.4. Board Mikrokontroler... 27 3.2.5. LCD Karakter... 28 3.2.6. Catu Daya... 28 3.2.7. Realisasi Keseluruhan Perangkat Keras Elektronik... 29 3.3. Perancangan Perangkat Lunak... 31 v
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS... 34 4.1. Pengujian Sensor Pengujian Modul Sensor Berat... 34 4.2. Pengujian Modul Sensor Tinggi... 40 4.3. Pengujian Alat Secara Keseluruhan... 41 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 44 5.1. Kesimpulan... 44 5.2. Saran Pengembangan... 44 DAFTAR PUSTAKA... 45 vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Strain Gauge... 5 Gambar 2.2. Untai Jembatan Wheatstone... 6 Gambar 2.3. Konfigurasi Quarter Bridge Strain Gauge... 7 Gambar 2.4. Untai Jembatan dalam Kondisi Setimbang... 8 Gambar 2.5. Untai Jembatan dalam Kondisi Tidak Setimbang... 8 Gambar 2.6. Konfigurasi Full Brigde Strain Gauge... 9 Gambar 2.7. Ilustrasi Cara Kerja Sensor Ultrasonik... 10 Gambar 2.8. Penguat Diferensial... 10 Gambar 2.9. Penguat Instrumentasi... 11 Gambar 2.10. Konfigurasi Pin Penguat Instrumentasi INA125P... 13 Gambar 2.11. Rangkaian Penguat IC INA125... 13 Gambar 2.12. Rangkaian Jembatan dengan Untai Penyeimbang... 15 Gambar 2.13. Konfigurasi Pin Arduino Uno R3... 16 Gambar 2.14. LCD Karakter 20 x 4... 17 Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem Keseluruhan... 19 Gambar 3.2. Gambaran Sistem secara Keseluruhan... 20 Gambar 3.3. Strain Gauge Sensor... 21 Gambar 3.4. Realisasi Sensor Berat dan Untai Penyeimbang... 22 Gambar 3.5. Rangkaian Modul Sensor Berat... 24 vii
Gambar 3.6. Realisasi Modul Sensor Berat... 25 Gambar 3.7. Sensor Ultrasonik SRF 05HY... 25 Gambar 3.8. Timing Diagram Mode 1... 26 Gambar 3.9. Timing Diagram Mode 2... 26 Gambar 3.10. Realisasi Sensor Tinggi Badan... 27 Gambar 3.11. Mikrokontroler Arduino Uno... 28 Gambar 3.12. LCD Karakter Menampilkan Data Kosong... 28 Gambar 3.13. Catu Daya 5V dan 12V... 29 Gambar 3.14. Realisasi Rangkaian Catu Daya... 29 Gambar 3.15. Realisasi Perangkat Keras... 30 Gambar 3.16. Diagram Alir Keseluruhan Sistem... 31 Gambar 4.1. Grafik Pengujian Sensor Berat... 38 Gambar 4.2. Pengujian Modul Sensor Berat dengan Beban 150 kg... 39 Gambar 4.3. Pengujian Sensor Tinggi... 41 viii
DAFTAR TABEL Tabel 1.1. Klasifikasi Internasional Postur Tubuh Orang Dewasa (kurus, normal, gemuk, obesitas) menurut WHO... 2 Tabel 2.1. Konfigurasi pin LCD karakter 20x4... 17 Tabel 3.1. Pengukuran Selisih Tegangan Modul Sensor Berat... 23 Tabel 3.2. Konfigurasi Pin Mikrokontroler yang digunakan... 27 Tabel 4.1. Pengujian Modul Sensor Berat dari 1 kg sampai 28 kg... 34 Tabel 4.2. Pengujian Modul Sensor Berat dari 29 kg sampai 66 kg... 35 Tabel 4.3. Pengujian Modul Sensor Berat dari 67 kg sampai 105 kg... 36 Tabel 4.4. Pengujian Modul Sensor Berat dari 106 kg sampai 145 kg... 37 Tabel 4.5. Pengujian Modul Sensor Berat dari 146 kg sampai 150 kg... 38 Tabel 4.6. Pengujian Modul Sensor Tinggi... 40 Tabel 4.7. Pengujian Alat secara Keseluruhan... 42 ix
DAFTAR ISTILAH GAKY KVA BMI WHO LCD AC DC IC mv kg cm Gangguan Akibat Kurang Yodium Kurang Vitamin A Body Mass Index World Health Organisation Liquid Crystal Display Alternating Current Direct Current Integrated Circuit mili Volt kilogram centimeter x