BAB III METODE PENELITIAN

BAB III METODE PENELITIAN Pada bab ini akan dijelaskan langkah-langkah yang akan digunakan dalam menyelesaikan perangkat keras (hardware) yang berupa komponen fisik penunjang seperti IC AT89S52 dan perangkat lunak (software) dimana berisikan program untuk alat. Adapun pelaksanaannya dilakukan dengan cara menentukan spesifikasi secara umum, melakukan perancangan, realisasi perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). 3. Tahap Perencanaan Dalam penelitian dan pembuatan alat ini, penulis terlebih dahulu mengadakan urutan kegiatan persiapan untuk kelancaran jalannya proses pembuatan dan pengamatan. 37

38 Kegiatan persiapan yang dilakukan penulis dalam tahap perencanaan adalah seperti dibawah ini :. Mempelajari teori teori yang berhubungan dengan permasalahan yang dibahas melalui studi kepustakaan. 2. Mempelajari dan merancang teknis pembuatan modul tersebut. 3. Membuat blok diagram dengan perancangan secermat mungkin. 4. Membuat diagram alir sebagai urutan cara kerja alat. 5. Menyiapkan bahan berupa komponen, box dan peralatan yang dibutuhkan dalam pembuatan modul. 6. Menyusun Proposal Tugas Akhir (TA). 3.2 Perencanaan Rangkaian Penghitung Denyut Nadi Sebelum merealisasikan dari perencanaan-perencanaan yang dijabarkan nanti, maka penulis terlebih dahulu akan menjabarkan tentang spesifikasi dari alat ini. 3.2. Spesifisikasi Fungsi Alat Penghitung Denyut nadi ini dirancang untuk dapat menghitung denyut nadi, alat ini dikontrol dengan menekan tombol start atau stop. Jika tombol start belum ditekan maka penghitungan tidak akan dimulai, perhitungan denyut nadi akan dimulai ketika tombol start ditekan, maka display pada alat akan menampilkan jumlah denyut nadi.

39 3.2.2 Spesifikasi Teknik Untuk merealisasikan fungsi-fungsi di atas, maka perlu dirancang rangkaianrangkaian yang sesuai dengan spesifikasinya. Alat penghitung denyut nadi ini direncanakan dapat menghitung denyut nadi dengan menggunakan sebuah sensor yang dijepitkan pada jari. Sensor ini menggunakan sebuah Infrared LED sebagai transmitter yang berfungsi mengirimkan sinar dan sebuah phototransistor yang berfungsi sebagai penerima yang peka terhadap sinar dari Infrared LED. Sebagai penguat sinyal dari tegangan phototransistor maka digunakan rangkaian Non Inverting Amplifier dan selanjutnya diteruskan ke rangkaian komparator, agar tegangan keluarannya menghasilkan pulsa square. Pulsa yang dihasilkan dari rangkaian komparator tersebut kemudian dikirimkan ke mikrokontroler untuk diproses sehingga dapat ditampilkan hasil denyut pulsa ( dalam satuan BPM ) dan ditampilkan pada display. 3.3 Perencanaan Rangkaian Secara Blok Diagram Untuk memudahkan pengertian system secara keseluruhan, diperlukan adanya diagram blok dari Rangkaian Penghitung Denyut Nadi Berbasis Mikrokontroler, seperti pada gambar 3. Diagram Blok Rangkaian Penghitung Denyut Nadi Berbasis Mikrokontroler.

40 P O W E R S U P P L y Rangkaian Finger Rangkaian Penguat Rangkaian Pembanding Indikator Led Buzzer Mikrokontroler Display Gambar 3. Diagram Blok Rangkaian Penghitung Denyut Nadi Berbasis Mikrokontroler Cara kerja diagram blok : Gambar diagram blok diatas menggambarkan cara kerja rangkaian alat penghitung denyut nadi secara diagram blok. Pertama-tama blok rangkaian sensor yang terdiri dari Infrared LED dan Phototransistor menerima denyut nadi dari jari tangan, Sehingga mengakibatkan perubahan tegangan akibat perubahan intensitas cahaya dari Infrared LED menuju Phototransistor. Sinyal pulsa dari blok rangkaian finger kemudian menuju blok rangkaian penguat, didalam blok rangkaian penguat terdapat dua rangkaian Non Inverting Amplifier, penguat tersebut adalah Non Inverting Amplifier Pertama dan Non Inverting Amplifier Kedua, IC yang digunakan adalah IC LM358. Karena sinyal pulsa dari blok rangkaian finger sangat kecil, maka diperlukan rangkaian Non

4 Inverting Amplifier. Pada Rangkaian Non Inverting Amplifier pertama memiliki penguatan sebesar 0 kali dan rangkaian Non Inverting Amplifier kedua memiliki penguatan sebesar 9 kali. Kemudian tegangan keluaran dari blok rangkaian penguat ini akan diumpankan ke sebuah rangkaian pembanding yang menggunakan IC LM358 pada blok rangkaian pembanding. Tujuan dibuatnya rangkaian ini agar sinyal keluaran dari rangkaian pembanding menjadi berbentuk square. Sinyal yang sudah berbentuk square ini kemudian akan diteruskan mikrokontroler AT89S52. Sinyal yang masuk mikrokontroler akan diolah agar didapat banyaknya jumlah denyut nadi per menitnya, setelah itu hasilnya dikeluarkan dalam bentuk tampilan LCD. rangkaian buzzer dan rangkaian indikator berfungsi sebagai indikator pulsa denyut nadi. 3.4 Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras disini merupakan perencanaan untuk dapat menghasilkan pulsa-pulsa nadi yang akan dibaca oleh mikrokontroler AT89S52 dan ditampilkan ke LCD 3.4. Perencanaan Rangkaian Sensor Jari Rangkaian sensor jari berfungsi mendeteksi setiap denyutan nadi pada jari tangan. Kemasan sensor jari terdiri dari Infrared LED sebagai transmiter atau

PHOTO 42 sebagai sumber sinar dan phototransistor sebagai receiver atau penerima seperti terlihat pada gambar 3.2. Kemasan Pembungkus Sensor Jari Infrared Cahaya Infrared phototransistor Gambar 3.2 Skema Fisik Sensor Jari Bila dipasangkan pada jari maka intensitas cahaya yang dilewatkan dari Infrared LED ke phototransistor pada rangkaian sensor jari ini akan berubah setiap ada denyutan nadi yang mengalir lewat pembuluh darah arteri, dikarenakan adanya penyerapan ( absorbsi ) cahaya oleh darah. Karena ada perubahan intensitas cahaya itulah yang mengakibatkan perubahan tegangan pada phototransistor. VCC_5V VCC_9V 50 56K 470n inf rared LED 56K OUTPUT Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Jari

43 Sesuai dengan gambar di atas maka posisi jari sebagai tempat pengukuran denyut nadi adalah berada diantara Infrared LED dan phototransistor. Perubahan tegangan pada phototransistor ini dimanfaatkan sebagai sumber sinyal denyut nadi karena perubahan ini seirama dengan denyut nadi. Rancangan rangkaian sensor jari ini menggunakan Infrared LED sebagai sumber cahaya yang dilengkapi resistor sebesar 50 Ω sebagai pembatas arus. Sedangkan phototransistor diberi pembatas arus yang cukup besar yaitu resistor sebesar 56 kω supaya tidak cepat rusak. Supaya perubahan terjadi pada saat ada jari pada sensor atau dengan kata lain akan menimbulkan sinyal AC maka dimanfaatakan kapasitor 470 nf sebagai kopling atau sebagai peredam sinyal DC. Besarnya arus yang diinginkan mengalir pada Infrared LED adalah sebesar 20 ma, sehingga tahanan seri dapat diketahui dengan ditentukannya nilai: V CC = +5Vdc V LED = 2V I LED = 20 ma, maka: I LED = VCC - V R S LED 5V - 2V 20 ma = R R = 3V = 50 Ω 20mA

44 3.4.2 Perancangan Rangkaian Non Inverting Amplifier Pada perancangan rangkaian penghitung denyut nadi, penulis menggunakan dua buah rangkaian non inverting amplifier yaitu rangkaian non inverting amplifier pertama dan rangkaian non inverting amplifier kedua seperti yang terlihat pada gambar 3.4. Rangkaian ini berfungsi untuk memperkuat amplitudo sinyal nadi yang dihasilkan dari rangkaian sensor jari, karena ampiltudo sinyal nadi yang diterima masih terlalu kecil sekali oleh rangkaian sensor jari. Rangkaian penguat dan rangkaian pengubah sinyal ini penulis menggunakan IC Op-Amp LM358, dimana IC LM358 sebenarnya sama dengan Op-Amp biasa hanya saja LM358 berisi dua penguat operasional ( Op-Amp ). IC ini didesain untuk dapat bekerja dengan menggunakan satu jalur power supply, yang artinya untuk dapat menggunakan kedua Op-Amp dalam IC ini tidak harus menggunakan dua tegangan supply yang terpisah antara Op-Amp yang satu dengan yang lainnya. Tegangan kerja untuk power supply sebesar 9 Volt DC.

4 8 8 45 Berikut gambar Rangkaian Non Inverting Amplifier. 8K VCC_9V VCC_9V dari rangkaian f inger 3 2 + - 4K LM358 5 6 K + - 7 LM358 ke rangkaian pembanding Gambar 3.4 Rangkaian Non Inverting Amplifier Penulis menggunakan non inverting amplifier karena mikrokontroler memiliki masukan sinyal data berlogika positif, sehingga tidak diperlukan rangkaian perubahan sinyal ( bentuk sinyal masukan sama dengan sinyal keluaran ). Besarnya penguatan ditentukan oleh Rf dan. Rumus untuk menghitung besarnya harga penguatan adalah sebagai berikut : Acl Rf Pada perancangan ini, penguatan yang hendak digunakan untuk non inverting amplifier pertama adalah sebesar 0 kali, sehingga untuk itu dipilih harga Rf = 0 kω.

46 Untuk mencari nilai dapat dicari dengan rumus harga penguatan yang merajuk pada persamaan harga penguatan. Aol Rf 0 0 9 9. K.K Jadi besarnya penguatan dapat dihitung: A Rf A K A= 0 kali Sehingga besarnya tegangan keluaran rangkaian Non Inverting Amplifier pertama pada saat darah melewati jari atau tidak karena adanya penyerapan cahaya oleh phototransistor, dapat dicari dengan rumus : Rf Vo = + xvin Sedangkan besarnya arus; Vin I =

47 Pada perancangan non inverting amplifier kedua, penguatan yang hendak digunakan adalah 9x, sehingga untuk itu dipilih harga Rf = 8 kω, maka dapat dicari dengan rumus yang merajuk pada rumus harga penguatan diatas. Aol Rf 9 8K 9 8K 9 8K 8K 9 0.95K 0.95 K Jadi besarnya penguatan dapat dihitung: A Rf A 8K K A= 9 kali Tegangan keluaran rangkaian Non Inverting Amplifier pada saat darah tidak melewati jari yaitu: Vo Vo Vo Vo 0V Rf K xvin x0v x0v

48 Karena keluaran tegangan rangkaian sensor jari sangat kecil sekali, maka dapat diketahui keluaran tegangan sensor jari berdasarkan keluaran tegangan Non Inverting Amplifier pertama yaitu: Vo 360mV Vin Rf 360mV 00 xv in xvin K 36mV 3.4.3 Perencanaan Rangkaian Komparator Rangkaian komparator berfungsi untuk membandingkan satu nilai tegangan dengan nilai tegangan yang lainnya. Pada perencanaan ini komparator membandingkan keluaran dari Non Inverting Amplifier kedua dengan tegangan referensi. Komparator yang digunakan dalam perancangan ini adalah jenis non inverting komparator mempunyai sifat bila tegangan masukan (Vin) lebih besar dari tegangan referensi (Vref) maka keluaran dari rangkaian komparator ini akan mengayun ke positif saturasi (+Vsat). Dalam hal ini +Vsat sebesar +9 Volt. Dan bila tegangan masukan (Vin) lebih kecil dari tegangan referensi (Vref) maka keluaran komparator akan mengayun ke negatif saturasi (-Vsat). Dalam hal ini -Vsat sebesar 0 Volt.

4 8 49 Bentuk rangkaian komparator keseluruhan dapat dilihat pada gambar 3.5. VCC_9V VCC_9V INPUT 3 2 + - LM358 OUTPUT Gambar 3.5 Rangkaian komparator Dari gambar 3.5 dapat diketahui bahwa dalam perancangan ini menggunakan IC LM358 yang berfungsi sebagai komparator. Hal ini disebabkan IC LM 358 mempunyai noise yang rendah sesuai dengan yang diperlukan untuk perancangan ini. Keluaran dari rangkaian Non Inverting Amplifier berupa tegangan, yang menjadi input bagi rangkaian komparator yang masuk melalui kaki tiga masukan non inverting pada IC LM358. Sedangkan kaki dua masukan inverting IC LM358 merupakan masukan buat tegangan referensi. Tegangan referensi yang merupakan masukan pada kaki non inverting ini dapat diubah-ubah, karena menggunakan variabel resistor. Jadi apabila tegangan masukan (Vin) dari rangkaian Non Inverting Amplifier kedua lebih kecil dari tegangan referensi (Vref) maka tegangan keluaran

50 komparator akan mengayun ke -Vsat sehingga tegangannya 0 Volt, tegangan 0 Volt ini akan dianggap berlogika low. Apabila tegangan masukan (Vin) dari rangkaian Non Inverting Amplifier kedua lebih besar dari tegangan referensi (Vref) maka tegangan keluaran komparator akan mengayun ke +Vsat sebesar +9Volt, kondisi ini dianggap berlogika atau high. 3.5 Perencanaan Sistem Mikrokontroler AT89S52 Mikrokontroler dalam perancangan ini merupakan komponen utama, karena komponen inilah yang akan mengatur keseluruhan sistem agar dapat bekerja dengan baik dan optimal. Mikrokontroler AT89S52 akan memperoleh masukan dan keluaran yang ada pada peralatan ini, pengontrol tersebut dilakukan melalui pengaktifan masingmasing pin pada mikrokontroler tersebut, baik pengaktifan secara paralel maupun perkaki mikrokontroler dalam setiap portnya. Untuk mengaktifkan pin-pin atau port yang terdapat didalam mikrokontroler tersebut dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak (software) yang ditempatkan pada flash program memory internal tanpa menggunakan program memori eksternal. Sehingga EA (Eksternal Acces Enable) yang terdapat pada pin 3 diberi logika tinggi (+5Volt).

5 Perancangan Mikrokontroler dapat dilihat dalam gambar 3. 6 0uF D LED 33pF CRYSTAL 9 8 EA/VPP 3 XTAL XTAL2 P3.4 VCC 40 0 20 P3.0/RXD GND VCC_5V VCC_5V START 330 2 P0.7/AD7 P0.6/AD6 P0.5/AD5 P0.4/AD4 P0.3/AD3 P0.2/AD2 P0./AD P0.0/AD0 32 33 34 35 36 37 38 39 KE DISPLAY VCC_9V 2 START 9 3 2 RST P3.3/INT P3.2/INT0 P3.7/RD 7 5 P3.5/T P3.6/WR 6 PSEN 29 ALE/PROG 30 KE DISPLAY.2K BUZZER STOP 3. PNP INPUT AT89S52 Gambar 3. 6 Perancangan Mikrokontroler AT89S52 Untuk mengaktifkan mikrokontroler AT89S52 maka perlu diberikannya tegangan sebesar + 5 Volt pada pin 40 dan pemberian tegangan nol (ground) pada pin 20. Disamping itu diperlukan juga pengaktifan osilator internal yang terdapat pada mikrokontroler. Untuk mengaktifkan osilator internal tersebut dalam perancangan ini digunakan kristal 2 MHz untuk memperoleh kecepatan pelaksanaan instruksi persiklus sebesar mikrodetik ( ( / 2 MHz) x 2 siklus perioda ). Untuk pin reset (RST) diberi rangkaian seperti yang terlihat dalam gambar 3.6. Rangkaian tersebut akan mereset mikrokontroler pada saat power on, dan

52 disamping itu juga di dalam rangkaian tersebut terdapat switch yang sewaktuwaktu dapat digunakan untuk mereset mikrokontroler secara manual. Port 0 (P0.0 sampai P0.6) dan Port 3 (P3.6 dan P3.7) Digunakan sebagai port keluaran untuk menampilkan hasil pembacaan, dalam perancangan ini digunakan LCD sebagai display. Karena dalam perancangan ini menggunakan LCD, jadi P3.6 dan P3.7 digunakan untuk port data masukan LCD. Sedangkan P0.0 sampai P0.6 digunakan untuk kontrol data LCD. Port 3 Pada perancangan ini P3. digunakan sebagai masukan pulsa-pulsa denyut, P3.2 digunakan sebagai saklar start. P3.3 digunakan sebagai saklar stop, P3.4 digunakan sebagai lampu indikator start dan P3.0 digunakan sebagai buzzer. 3.6 Perencanaan Rangkaian Display dengan Tampilan LCD Tampilan sistem yang bekerja pada aplikasi mikrokontroler sebagai alat penghitung denyut nadi dalam perancangan ini digunakan suatu tampilan berupa LCD.

4 3 2 0 9 8 7 6 5 4 3 6 2 5 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D D0 Enable R/W RS VL Gled Vdd Vled Vss 53 LCD VCC_5V K DARI MIKRO 9 8 7 6 5 4 3 2 DARI MIKRO Gambar 3.7 Rangkaian Display Seven Segment 3.7 Perencanaan Perangkat Lunak ( Software ) Perangkat lunak yang dirancang, dibuat dengan menggunakan Bahasa Assembler Mikrokontroler MCS-52. Algoritma dari perancangan perangkat lunak dapat dilihat dalam diagram alur/ Flowchart pada gambar 3. 7 berikut ini.

54 Awal Inisialisasi tidak ya Switch start Ditekan? Baca sensor Ambil data sensor selama 5 S Ambil data sensor dikalikan 4 Tampilkan hasil tidak Switch stop ya Ditekan? selesai Gambar 3. 7 Flowchart Alat Penghitung Denyut Nadi Dari Flowchart dapat diketahui bagaimana sistem Mikrokontroler ini bekerja, sesuai dengan perancangannya untuk alat penghitung denyut nadi.

55 Adapun Menu Program Pada Flowchart tersebut adalah: Untuk memulai program diawali dengan Start. Start ini menandakan awal dari perangkat mikrokontroler mulai diaktifkan. Setelah Start baru dilakukan inisialisasi. Inisialisasi ini dimaksudkan untuk menginisialisasi perangkat mikrokontroler siap bekerja dan berfungsi sesuai dengan perancangan yang dimaksud. Jadi inisialisasi ini harus dilakukan karena merupakan langkah awal dari bekerjanya sistem mikrokontroler untuk mengerjakan suatu program dan mengatur keseluruhan sistem yang telah direncanakan, dimana inisialisasi pertama dalam modul ini adalah mengosongkan ( meng-nolkan ) data dan alamat yang digunakan pada mikrokontroler, karena pada saat mikrokontroler dinyalakan pertama kali data-datanya berupa biner ( high ), untuk itu diperlukan inisialisasi agar alamat data yang digunakan telah siap digunakan Apabila tombol start ditekan maka pembacaan sensor akan dimulai. Data masukan sensor diambil dari rangkaian elektronik yang menghasilkan pulsa-pulsa nadi, kemudian masuk ke sistem mikrokontroler melalui port 3. kemudian masukan dari port tersebut akan diolah dan diproses di mikrokontroler. Data sensor yang terbaca oleh sistem mikrokontroler disimpan selama 5 detik, kemudian data yang berupa pulsa-pulsa nadi tersebut dikalikan 4 untuk medapatkan pulsa BPM. Agar data yang masuk ke mikrokontroler dapat dibaca maka data tersebut ditampilkan ke display berupa LCD. Tampilan ke display dari mikrokontroler melalui port 0 yaitu P0.0 sampai P0.6 sebagai bus data input LCD sedangkan pada P3.6 dan P3.7 digunakan sebagai control data LCD. Setelah tampilan pada display keluar maka apabila

56 tombol stop tidak ditekan, mikroprosesor akan menghitung awal kembali pulsa high yang masuk ke inputan IC dari gerbang AND dan hasilnya ditampilkan setelah 5 detik. Jika tombol stop ditekan maka progam akan berakhir.