DESIGN AND REALIZATION OF SINGLE-CHANNEL PC BASED ELECTROCARDIOGRAPH USING SERIAL PORT

dokumen-dokumen yang mirip
SIMULATOR ECG BERBASIS PC SEBAGAI ALAT BANTU AJAR PENGOLAHAN SINYAL BIOMEDIS

Desain dan Realisasi Perangkat Elektrokardiograf Berbasis PC Menggunakan Sound Card

DESAIN DAN REALISASI SISTEM WIRELESS MONITORING ECG DENGAN MODULASI ASK

Trio Novrizal¹, -². ¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom

WIRELESS LAN ELECTROCARDIOGRAPH (ECG)

Jurusan Teknik Elektro, 3 Jurusan Teknik Informatika Sekolah Tinggi Teknologi Telkom, Bandung

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

BAB II DASAR TEORI. AVR(Alf and Vegard s Risc processor) ATMega32 merupakan 8 bit mikrokontroler berteknologi RISC (Reduce Instruction Set Computer).

III. METODE PENELITIAN. Penelitian ini mulai dilaksanakan pada bulan April 2015 sampai dengan Mei 2015,

BAB III PERANCANGAN SISTEM

ALAT UNTUK MEMPERAGAKAN IRAMA DENYUT JANTUNG SEBAGAI BUNYI DAN PENGUKUR KECEPATAN DENYUT JANTUNG MELALUI ELEKTRODA PADA TELAPAK TANGAN

SISTEM TELECARDIAC MONITORING EKSTRAKSI DAN TRANSMISI PARAMETER TEMPORAL SINYAL JANTUNG MELALUI KANAL RADIO

BAB III KEGIATAN PENELITIAN TERAPAN

MONITORING ELEKTROKARDIOGRAF MENGGUNAKAN TOPOLOGI MESH ELECTROCARDIOGRAPH MONITORING USING MESH TOPOLOGY

Disusun Oleh: Kevin Yogaswara ( ) Meitantia Weni S B ( ) Pembimbing: Ir. Rusdhianto Effendi AK., MT.

Gambar 2.1 Mikrokontroler ATMega 8535 (sumber :Mikrokontroler Belajar AVR Mulai dari Nol)

III. METODE PENELITIAN. Penelitian tugas akhir ini akan dilakukan di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT KERAS

MICROCONTROLER AVR AT MEGA 8535

BAB 3 PERANCANGAN SISTEM. pada sistem pengendali lampu telah dijelaskan pada bab 2. Pada bab ini akan dijelaskan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. [10]. Dengan pengujian hanya terbatas pada remaja dan didapatkan hasil rata-rata

Pengembangan Perangkat EKG 12 Lead dan Aplikasi Client-Server untuk Distribusi Data

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Gambar Rangkaian EMG Dilengkapi Bluetooth

Sistem Minimum Mikrokontroler. TTH2D3 Mikroprosesor

BAB III DESKRIPSI DAN PERANCANGAN SISTEM

BAB III HARDWARE & SOFTWARE

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. alat monitoring tekanan oksigen pada gas sentral dengan sistem digital yang lebih

III. METODE PENELITIAN. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Maret - Mei 2015 dan tempat

III. METODE PENELITIAN. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret 2015 sampai dengan Agustus 2015.

BAB III RANCANG BANGUN SISTEM KARAKTERISASI LED. Rancangan sistem karakterisasi LED diperlihatkan pada blok diagram Gambar

III. METODE PENELITIAN. Penelitian ini dilaksanakan mulai pada November 2011 hingga Mei Adapun tempat

MICROCONTROLER AVR AT MEGA 8535

BAB II KONSEP DASAR PERANCANGAN

Multipoint to Point EKG Monitoring Berbasis ZigBee

BAB II LANDASAN TEORI

SISTEM MONITORING SUHUINKUBATOR DAN BERAT BADAN PADA BAYI BERAT LAHIR RENDAH (BBLR) DI DALAM INKUBATOR BERBASIS PERSONAL COMPUTER(PC)

MIKROKONTROLER Arsitektur Mikrokontroler AT89S51

BAB II LANDASAN TEORI

BAB III METODE PENELITIAN. sistem. Blok diagram sistem dapat dilihat pada gambar 3.1 di bawah ini.

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah

Pcndahuluan. Bab I Latar Belakang Masalah

BAB III PERANCANGAN ALAT

PERANCANGAN ALAT PENDETEKSI SINYAL ELECTROCARDIOGRAM BERBASIS MIKROKONTROLER

BAB II LANDASAN TEORI

BAB II DASAR TEORI. 2.1 Ethanol

Desain dan Implementasi Elektrokardiogram (EKG) Portable Menggunakan Arduino

BAB IV CARA KERJA DAN PERANCANGAN SISTEM. ketiga juri diarea pertandingan menekan keypad pada alat pencatat score, setelah

Perancangan Simulator EKG (Elektronik Kardiogra) Menggunakan Software Proteus 8.0

BAB III PERANCANGAN SISTEM. 3.1 Pengantar Perancangan Sistem Pengendalian Lampu Pada Lapangan Bulu

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI PERANGKAT KERAS DAN PERANGKAT LUNAK SISTEM. Dari diagram sistem dapat diuraikan metode kerja sistem secara global.

DETEKSI OTOMATIS KELAINAN JANTUNG MENGGUNAKAN HIDDEN MARKOV MODEL (HMM)

BAB III ANALISIS DAN DESAIN SISTEM

TUGAS AKHIR PERANCANGAN SISTEM PENDETEKSI ARITMIA MENGGUNAKAN NEURAL NETWORK. Andri Iswanto

BAB III TEORI PENUNJANG. Microcontroller adalah sebuah sistem fungsional dalam sebuah chip. Di

BAB II LANDASAN TEORI

Nama : Yudhis Thiro Kabul Yunior NRP : Pembimbing I : Ir. Harris Pirngadi, M.T. Pembimbing II : Ir. Tasripan, M.T.

BABII TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Oleh Arif Widodo NRP Dosen Pembimbing Dr. Tri Arief Sardjono, ST. MT.

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

BAB II LANDASAN TEORI

SKRIPSI APLIKASI ADAPTIVE NOISE CANCELLATION FREKUENSI 50 HZ PADA ELECTROCARDIOGRAM

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM

BAB III METODE PENELITIAN. alat pendeteksi frekuensi detak jantung. Langkah langkah untuk merealisasikan

BAB II TEORI DASAR 2.1 Pendahuluan 2.2 Sensor Clamp Putaran Mesin

BAB III METODE PENELITIAN. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen, yaitu membuktikan hasil

BAB I PENDAHULUAN. Jantung merupakan sebuah organ tubuh yang terdiri dari sekumpulan otot.

BAB III PERANCANGAN SISTEM

BAB III PERANCANGAN SISTEM

RANCANG BANGUN THERMOHYGROMETER DIGITAL MENGGUNAKAN SISTEM MIKROPENGENDALI ARDUINO DAN SENSOR DHT22

BAB II LANDASAN TEORI

BAB II KONSEP DASAR SISTEM MONITORING TEKANAN BAN

PERANCANGAN DAN REALISASI PENGUAT KELAS D BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMEGA 16. Disusun Oleh: Nama : Petrus Nrp :

BAB III PERANCANGAN SISTEM

BAB III SISTEM PENGUKURAN ARUS & TEGANGAN AC PADA WATTMETER DIGITAL

Pemanfaatan modul wireless X-bee pro untuk Electrocardiograf (ECG) Terhubung ke Personal Computer (PC)

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

BAB III PERANCANGAN ALAT

BAB V PENGUJIAN DAN ANALISIS. dapat berjalan sesuai perancangan pada bab sebelumnya, selanjutnya akan dilakukan

DAFTAR ISTILAH. EKG Elektrokardiogram, lebih sering digunakan untuk menunjukkan perangkat.

APLIKASI PENGOLAHAN DATA DARI SENSOR-SENSOR DENGAN KELUARAN SINYAL LEMAH

BAB 3 PERANCANGAN SISTEM

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

I. PENDAHULUAN. pembuluh darah secara teratur dan berulang. Letak jantung berada di sebelah kiri

Gambar 3.1. Diagram alir metodologi perancangan

BAB 3 PERANCANGAN SISTEM

BAB IV HASIL PENGUKURAN DAN PENGUJIAN ALAT SISTEM PENGONTROL BEBAN DAYA LISTRIK

BAB II LANDASAN TEORI

BAB III MIKROKONTROLER

BAB III ANALISA MASALAH DAN PERANCANGAN

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. untuk mengecek alat EKG. Penulis membandingakan dengan alat simulator pada

ADC (Analog to Digital Converter)

PORTABLE ELEKTROCARDIOGRAPH

III. METODE PENELITIAN

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA

BAB III PERANCANGAN ALAT SIMULASI PEGENDALI LAMPU JARAK JAUH DAN DEKAT PADA KENDARAAN SECARA OTOMATIS

BAB IV ANALISIS RANGKAIAN ELEKTRONIK

Wrapper Features Subset Selection Pada Ekstraksi Ciri Sinyal EKG Menggunakan Metode Dekomposisi Paket Wavelet

Rancangan Dan Pembuatan Storage Logic Analyzer

Transkripsi:

DESIGN AND REALIZATION OF SINGLE-CHANNEL PC BASED ELECTROCARDIOGRAPH USING SERIAL PORT Achmad Rizal 1,Khusni EWardana 2, Imam T Pambudi 3, Vera Suryani 4, Budianto 5 arz@stttelkom.ac.id 1,uniardana@yahoo.com 2, buteg_84@plasa.com 3,vra@stttelkom.ac.id 4, bud@stttelkom.ac.id 5 1,2,3,5 Electronics Engineering Department Sekolah Tinggi Teknologi Telkom 4 Informatics Engineering Department Sekolah Tinggi Teknologi Telkom Jl. Telekomunikasi 1, Dayeuhkolot Bandung 40257 Indonesia Phone/fax: 022-7565933 ABSTRAK Electrocardiogram (ECG) merupakan sinyal fisiologis yang dihasilkan oleh aktifitas kelistrikan jantung. Sinyal ini direkam menggunakan perangkat electrocardiograph. Perangkat ECG terdiri dari elektroda, penguat biopotensial, filter, perangkat pengolahan sinyal dan perangkat peraga. Perangkat ini bemacam-macam bentuknya sesuai dengan kepentingan perekaman sinyal ECG yang dilakukan. Misalnya untuk standard clinical ECG, menggunakan 12 elektroda, dan peraga bisanya berupa kertas rekam ECG, sedangkan untuk monitoring ECG, digunakan 1 atau 2 elektroda dengan peraga berupa sinyal yang ditampilkan pada CRT. Perangkat ini relatif mahal karena produksi yang terbatas dan penggunaan yang cukup spesifik. Penelitian ini memberikan alternatif perangkat ECG yang murah untuk keperluan pendidikan. Direalisasikan perangkat ECG berbasis PC menggunakan serial port dengan kanal tunggal. Perangkat ini dapat digunakan untuk keperluan monitoring ECG, dengan menggunakan lead I, II atau III. Diperlukan penelitian lebih lanjut agar perangkat ini dapat digunakan secara klinis. Kata Kunci : ECG, PC, monitoring ECG, serial port ABSTRACTS Electrocardiogram (ECG) is a physiological signal that is produced from heart electricity activities. This signal is recorded using electrocardiograph. Electrocardiograph consist of electrodes, biopotential amplifier, filter, signal processing tools, and display to represent signal. These tools have variety in shapes related to the purpose of ECG signal recording. Ex : standard clinical ECG use 12 electrodes, and usually use cart recorder to display the signal, while for monitoring ECG use 1 or 2 electrodes and CRT to display the signal. These equipments are relatively expensive cause limited production and specific usage. This research present an alternative to build low cost ECG equipment for educational purpose. A single channel PC based ECG using serial port has been realized. This equipment can be used for monitoring ECG, using lead I, II or III. It need further research to make this equipment can be used for clinical purposes. Keywords : ECG, PC, monitoring ECG, serial port 1. PENDAHULUAN Elektrokardiograf merupakan alat yang berfungsi untuk menampilkan rekaman sinyal listrik jantung dalam bentuk grafik yang ditampilkan melalui monitor atau dicetak pada kertas. Hasil rekaman ini dinamakan elektrokardiogram (ECG), seperti yang dikatakan Goldman[1] elektrokardiogram (ECG) adalah grafik hasil catatan potensial listrik yang dihasilkan oleh aktifitas listrik otot jantung. 1.1. Gelombang ECG Normal Sebuah sinyal yang didapat dari ECG normal adalah seperti pada gambar 1. Menurut Sutopo[2], gelombang ECG normal memiliki ciri-ciri sebagai berikut: 1. Gelombang P mempunyai amplituda kurang dari 0,3 mvolt dan perioda kurang dari 0,11 detik. 2. Gelombang Q mempunyai amplituda sebesar minus 25% dari amplituda gekombang R. Gambar 1. Gelombang ECG normal

3. Gelombang R mempunyai amplituda maksimum 3 mvolt. 4. Gelombang S merupakan defleksi negatif sesudah gelombang R. 5. Kompleks QRS terdiri dari gelombang Q, R dan S yang memiliki perioda 0,06-0,10 detik dengan perioda rata-rata 0,08 detik. 6. Gelombang T mempunyai amplituda minimum 0,1 mvolt. 1.2. Standarisasi ECG Untuk mempermudah proses pemb elajaran dan analisa mengenai ECG maka diperlukan sebuah standarisasi rekaman. Standarisasi dalam rekaman ECG yaitu 25 mm/detik untuk kecepatan rekaman dan 10mm/mVolt untuk amplituda [3]. 1.3. Teknik-teknik Elektrokardiografi Pada dasarnya ada tiga teknik yang digunakan dalam elektrokardiografi, yaitu: 1. Standard clinical ECG. Teknik ini menggunakan 10 elektroda (12 lead) yang ditempatkan pada titik-titik tubuh tertentu. Teknik ini dipakai untuk menganalisa pasien. 2. Vectorcardiogram. Teknik ini menggunakan 3 elektroda yang ditempatkan pada titik-titik tubuh tertentu. Teknik ini menggunakan pemodelan potensial tubuh sebagai vektor tiga dimensi dengan menggunakan sandapan baku bipolar (Einthoven). Dari sini akan dihasilkan gambar grafis dari eksistensi jantung. 3. Monitoring ECG. Teknik ini menggunakan 1 atau 2 elektroda yang ditempatkan pada titik-titik tubuh tertentu. Teknik ini digunakan untuk memonitor pasien dalam jangka panjang.[4] Perangkat ECG yang dibuat menggunakan 3 lead sesuai dengan segitiga Einthoven [4]. Pada sistem ini sinyal ECG tiap lead merupakan beda potensial antara: Lead I : beda potensial antara LA (left arm) dengan RA (right arm) Lead II : beda potensial antara LL (left leg) dengan RA (right arm) Lead III : beda potensial antara LL (left leg) dengan LA (left arm) Gambar 3. segitiga Einthoven Pada perangkat yang dirancang digunakan 3 elektroda, sedangkan yang diukur bisa ketiga konfigurasi. 2.2 Penguat Biopotensial Seperti halnya sinyal biopotensial yang lain, sinyal ECG mempunyai amplitudo yang sangat rendah (10µV sampai 5 mv). Untuk itu diperlukan penguat yang tepat agar sinyal dapat ditampilkan. 2. DESAIN DAN REALISASI Secara prinsip perangkat yang direalisasikan dapat digambarkan dengan diagram berikut : Gambar 4. Penguat biopotensial Dipilih IC AD620A sebagai penguat dan IC OP07 sebagai common mode rejector. Nilai gain dari rangkaian di atas dapat di hitung dari persamaan : 2.1 Sistem lead ECG Gambar 2. Diagram Sistem G=1+(49,4 K?/R total ) (1) dengan R total = (R2+R3)*R g /(R2+R3)+R g (2)

Untuk fleksibilitas digunakan variabel resistor pada RG sehingga penguatan bisa diubah-ubah sesuai kebutuhan. 2.3 Filter dan Penguatan Sinyal Sinyal keluaran dari penguat difilter untuk menghilangkan noise. Tahap pertama dirancang filter highpass dengan frekuensi cut-off 0,03Hz. Filter RC ini digunakan untuk menghilangkan komponen DC dari keluaran penguat. Setelah itu sinyal dikuatkan lagi dengan penguat non inverting. Besar penguatan bisa diatur sesuai kebutuhan dengan mengubah nilai R4. Berikutnya sinyal difilter dengan LPF 100 Hz untuk membatasi spektral sinyal. Filter ini dibuat dengan rangkaian RC. Gambar 5. Penguat tahap 2 2.4 Clamper Rangkaian clamper digunakan untuk menaikkan level tegangan sebesar 2 volt. Hal ini dilakukan karena ADC yang digunakan mempunyai range 0-5 volt, sedangkan ECG mempunyai komponen sinyal yang bernilai negatif. Apabila tidak ditambah rangkaian clamper maka sinyal keluaran akan terpotong pada bagian bawah. Gambar 6. clamper 2 volt 2.5 ATMEGA8535 ATmega8535 adalah mikrokontroler CMOS 8 bit berbasis AVR dengan konsumsi daya rendah dikembangkan dari arsitektur RISC. Dengan instruksi yang dapat dijalankan dalam satu siklus clock, ATmega8535 mempunyai throughputs system 1 MIPS per MHz. ATmega8535 mempunyai 32 registers yang secara langsung terhubung dengan Arithmetic Logic Unit (ALU), Mikrokontroler ATmega8535 mempunyai 40 pin dengan catu daya tunggal 5 volt. Ke-40 pin dalam dalam keluarga mikrokontroler ATmega8535 digambarkan sebagai berikut: Gambar 7. konfigurasi pin ATMEGA 8535 Port yang Digunakan Pada Sistem Monitoring EKG melalui Port Serial 1. Port A (PA0) sebagai analog input ke A/D Converter.PA0 ADC0 (ADC input channel 0) 2. RESET Reset input. Pada tegangan level rendah pada pin ini lebih lama dari panjang pulsa yang akan membangkitkan reset, juga terjadi ketika clock tidak ada (berhenti). 3. XTAL1 Input pada inverting Oscillator amplifier dan input pada rangkaian operaso internal clock. 4. XTAL2 Output dari inverting Oscillator amplifier. 5. AVCC AVCC adalah tegangan masukan untuk pin Port A dan A/D Converter. Diambil dari luar terhubung pada VCC, jika ADC tidak digunakan. Jika menggunakan ADC, harus terhubung dengan VCC dengan melalui LPF terlebih dahulu. 6. AREF AREF adalah tegangan analog referensi pada pin A/D Converter. 7. Port D Port D adalah sebuah port I/O 8-bit bidirectional dengan internal pull-up resistors. PD1 TXD (UART Output Pin) PD0 RXD (UART Input Pin) Mikrokontroler Atmega8535 juga di lengkapi dengan port Serial, yang memungkinkan bagi kita mengirimkan data dalam format serial. Apabila hendak menghubungkan mikrokontroler dengan sebuah PC (Personal computer) melalui port serial level TTL harus di ubah menjadi Level RS232 untuk keperluan ini dapat digunakan IC MAX232, konfigurasi kaki IC tersebut seperti gambar berikut :

Gambar 8. konfigurasi MAX 232 2.6 Representasi Sinyal pada PC Flow chart program untuk menampilkan sinyal ECG pada seperti pada gambar 9. Perangkat lunak dirancang untuk dapat menyimpan sinyal ECG yang direkam dengan menyertakan data pengguna. Selain itu dilengkapi dengan fasilitas untuk mengukur heart-rate dan amplitudo ECG. Untuk keperluan penelitian tentang pengolahan sinyal ECG dikemudian hari, selain display grafis juga ditampilkan bentuk data array dari sinyal ECG. untuk perangkat penguat sampai clamper digunakan baterai 12 volt sedangkan ATMEGA8535 menggunakan catuan dari adaptor. ATMEGA8535 menyediakan ADC (analog to digital coverter) 8 bit sedangkan kecepatan sampling 400 sample per detik. Ini membuat komunikasi serial antara ATMEGA8535 dengan PC disetting dengan kecepatan 4800 bps. Kecepatan sampling 400 ini cukup memadai karena komponen frekuensi tertinggi dari sinyal ECG sekitar 100 Hz atau kurang dari setengah dari 400 Hz. Sinyal keluaran yang muncul di PC seperti pada gambar 10. Masih terlihat noise yang cukup tinggi karena pengolahan sinyal yang belum cukup baik. Noise diperkirakan muncul dari PC sendiri karena frekuensinya terlihat cukup tinggi. Untuk perbaikan sedang dilakukan penambahan pengolahan sinyal digital secara software untuk reduksi noise. Sinyal ditampilkan di PC secara real time, dengan panjang display (sumbu waktu) bisa diatur sesuai dengan kebutuhan. Selain itu disediakan kursor untuk menghitung heart rate secara manual tiap beat. Fasilitas ini membantu pengguna untuk mengukur parameterparameter ECG untuk keperluan pembelajaran misalnya ST segment, PR segment, QRS complex dan lain-lain. Perangkat dibuat dengan biaya relatif murah, fleksibel, berdaya rendah dan dimensinya relatif kecil sehingga mampu menjawab permasalahan perangkat ECG yang telah ada. Akan tetapi ECG ini belum bisa digunakan untuk keperluan medis karena masalah proteksi terhadap arus bocor, packaging, dan penambahan fitur lain yang harus dipenuhi. Gambar 9. Flowcart program 3. HASIL DAN DISKUSI Perangkat ECG berbasis PC yang dibuat telah dapat menampilkan sinyal ECG dari pengguna yang diukur. Sebagai elektroda digunakan elektroda disposible, sebanyak 3 buah setiap kali pengukuran. Catu daya Gambar 10. tampilan pada PC 4. KESIMPULAN Telah direalisasikan perangkat ECG kanal tunggal berbasis PC menggunakan serial port. Perangkat ini telah mampu dioperasikan untuk keperluan monitoring ECG.

ECG berbasis PC ini dapat dipergunakan untuk pendidikan atau pelatihan tetapi belum dapat digunakan dalam lingkungan medis karena permasalahan pengujian. Diperlukan penelitian lebih lanjut untuk membuat perangkat ini bisa diterima untuk keperluan medis misalnya keamanan kelistrikan dan pengolahan sinyal yang lebih baik. Referensi [1] Sutopo Widjaja, ECG Praktis, Binarupa Aksara, Jakarta, 1990, hal i [2] Sutopo Widjaja, ECG Praktis, Binarupa Aksara, Jakarta, 1990, hal 18-27 [3] Sutopo Widjaja, ECG Praktis, Binarupa Aksara, Jakarta, 1990, hal 9 [4] Willis JTompskin, Biomedical Signal Processing, Prentice Hall, New Jersey, 1993 [5] Igor R. E. Introduction to Biomedical Engineering Cardiag Bioelectricity. (PDF file). Available: http://efimov.cwru.edu/teaching [Mei 18, 2005] [6] Electrocardiogram-I. (Online). Available: http://www.cs.wright.edu/~phe/egr199/lab_1 [January 3, 2005] [7] Datasheet AD620. (pdf file). Available: http://www.analog.com/uploadedfiles/data_sheet/377933 3000023930AD620_e.pdf [8] Chistoper M.T. et.al. Design and Implementation of a Single Chanel ECG Amplifier with DSP Post-Processing in Matlab. (PDF file). Available:???