halaman sampul rancang bangun alat ukur denyut …repository.ump.ac.id/9218/1/dharma adi...
TRANSCRIPT
Halaman Sampul
RANCANG BANGUN ALAT UKUR DENYUT JANTUNG,
SATURASI OKSIGEN DALAM DARAH DAN
HEMOGLOBIN DENGAN METODE
NON-INVASIVE
SKRIPSI
Oleh:
DHARMA ADI PRASETYO
NIM (1503030030)
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK DAN SAINS
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO
2019
ii
Halaman Judul
RANCANG BANGUN ALAT UKUR DENYUT JANTUNG,
SATURASI OKSIGEN DALAM DARAH DAN
HEMOGLOBIN DENGAN METODE
NON-INVASIVE
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana
Teknik
Oleh:
DHARMA ADI PRASETYO
NIM (1503030030)
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK DAN SAINS
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO
2019
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
vii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO
Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagimu, dan
boleh jadi (pula) kamu menyukai sesuatu, padahal ia amat buruk bagimu,
Allah mengetahui, sedang kamu tidak mengetahui.
(Q.S Al-Baqarah 216)
Bila kaum muda yang telah belajar di sekolah dan menganggap dirinya
terlalku tinggi dan pintar untuk melebur dengan masyarakat yang bekerja
dengan cangkul dan hanya memiliki cita-cita sederhana, maka lebih baik
pendidikan itu tidak diberikan sama sekali.
-Tan Malaka
Jika kau mencari kebenaran, kebenaran selalu ada didalam hati,maka
ikutilah kata hatimu. Namun jangan pernah kau bohongi hatimu sendiri
dengan alasan, karena itu hanya akan menumpulkan hatimu akan kebenaran.
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
viii
PERSEMBAHAN
Alhamdulillah, atas rahmat dan hidayah-Nya, saya dapat
menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Karya sederhana ini ku persembahkan
kepada:
1. Bapakku Boyamin yang telah memberi ilmu kehidupan, memotivasi,
mendukung dari segi mental dan material.
2. Mamaku Enok Kurniasih yang telah membesarkanku dan mendidiku
sampai sekarang, selalu menyayangiku sepanjang perjalanan hidup ini
dan yang selalu mendoakanku di setiap langkahku diperjalanan dunia
ini.
3. Kakakku Yogi Handoko yang telah mengajarkanku menjadi seorang
laki-laki yang bertanggung jawab.
4. Karina Risnawati yang telah mendukung dan menyemangatiku selama
menempuh pendidikan ini.
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
ix
ABSTRAK
Denyut jantung, saturasi oksigen, dan hemoglobin adalah parameter yang
penting untuk mengetahui status hemodinamik seorang pasien. Untuk pengukuran
tersebut ada yang menggunakanan metode invasive yang cenderung memakan
banyak waktu dan dapat merusak kulit saat pengukurannya. Untuk dapat
memecahkan permasalahan tersebut dibuat alat yang menggunakan metode non-
invasive yang dapat mengukur denyut jantung, saturasi oksigen dan hemoglobin
secara bersamaan tanpa merusak kulit. Dalam perekaman sinyal ini menggunakan
metode Photoplethysmograph (PPG) reflection dimana sensor pengirim dan
penerima diletakkan sejajar, sensor yang dipakai oleh alat ini adalah sensor
MAX30100 dan layar OLED untuk tampilan dari hasil pengukuran. Hasil
pengukuran alat ini memiliki presentase kesalahan 3,1 % dan tingkat akurasi
96,9% untuk mengukur Heart Rate, kesalahan 1 % dan tingkat keakurasian 99%
untuk pengukuran Saturasi Oksigen dan memiliki tingkat kesalahan 3,8 % dan
tingkat keakurasian 96,2 % untuk pengukuran Hemoglobin.
Kata kunci: Denyut jantung, Saturasi Oksigen, Hemoglobin, Non-Invasive
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
x
ABSTACT
Heart rate, oxygen saturation and hemoglobin are important parameters for
knowing a patient's hemodynamic status. For these measurements there are those
who use invasive methods that tend to take a lot of time and can damage the skin
when measuring. To be able to solve this problem, a tool that uses non-invasive
methods can measure heart rate, oxygen saturation and hemoglobin
simultaneously without damaging the skin. In recording this signal using the
Photoplethysmograph (PPG) reflection method where the sender and receiver
sensors are placed in parallel, the sensors used by this device are MAX30100
sensors and OLED screens for display of measurement results. The measurement
results of this tool have an error percentage of 3,1% and an accuracy rate of
96,9% to measure Heart Rate, error 1% and accuracy rate of 99% for Oxygen
Saturation measurements and have an error rate of 3,8% and accuracy rate
96,2% for Hemoglobin measurements.
Keyword: Heart rate, oxygen saturation, hemoglobin, Non-Invasive
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
xi
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-
Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan proses penyusunan skripsi yang
berjudul “Rancang Bangun Alat Ukur Denyut Jantung, Saturasi Oksigen di Dalam
Darah dan Hemoglobin Dengan Metode Non-Invasive” yang merupakan salah
satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Teknik.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih sebesar-besarnya
atas segala bimbingan dan bantuan yang diberikan selama menjalankan proses
penyusunan skripsi ini. Ucapan terima kasih penulis tujukan kepada:
1. Bapak Muhamad Taufiq Tamam, S.T., M.T selaku Dekan Fakultas Teknik
dan Sains dan pembimbing I yang telah membimbing saya dalam proses
penyusunan skripsi ini.
2. Ibu Dian Nova Kusuma Hardani, S.T., M.Eng selaku ketua prodi Teknik
Elektro juga sebagai dosen pembimbing akademik yang selalu memberi
arahan ke jalan yang lurus menuju 2019 bisa wisuda, juga memberikan
banyak ilmu dan bimbingan dalam penyusunan skripsi ini.
3. Bapak Ns. Endiyono, S.Kep., M. Kep selaku dosen pembimbing II yang
telah memberikan arahan dan bimbingan dalam penyusuna skripsi ini.
4. Semua dosen jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik dan Sains yang telah
mengajarkan saya dari awal tentang ilmu elektro.
5. Semua laboran Teknik Elektro yang telah membantu saya dalam pengerjaan
alat.
6. Semua sahabat-sahabat Teknik Elektro FTS yang telah menemani saya saat
belajar di kampus.
7. Semua sahabat-sahabat UKM BKC yang telah mewarnai kehidupan saya di
kampus dan menjadi teman perjuangan dalam proses yang panjang ini.
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
xii
8. Dan semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu di sini yang telah
membantu saya dalam proses yang bermanfaat ini.
Plato bilang “tidak ada yang sempurna di dunia fana ini, karena hanya
cetakan dari dunia idea” begitupun dalam pembuatan skripsi ini masih jauh dari
kesempurnaan, maka dari itu penulis mengharapkan saran dan kritik dari para
pembaca demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat
bagi para pembaca.
Purwokerto, Mei 2019
Penulis
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
xiii
DAFTAR ISI
Halaman Sampul ...................................................................................................... i
Halaman Judul ......................................................................................................... ii
HALAMAN PENGEHASAN ................................................................................ iv
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ..................................................... v
HALAMAN PERNYATAAN PERSTUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI ............... vi
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ........................................................................ vii
MOTTO ................................................................................................................ vii
PERSEMBAHAN ................................................................................................ viii
ABSTRAK ............................................................................................................. ix
ABSTACT ................................................................................................................. x
KATA PENGANTAR ........................................................................................... xi
DAFTAR ISI ........................................................................................................ xiii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xvi
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xix
DAFTAR SINGKATAN ....................................................................................... xx
BAB I. PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ...................................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah............................................................................... 5
1.3. Batasan Masalah .................................................................................... 5
1.4. Tujuan Penelitian................................................................................... 6
1.5. Manfaat Penelitian................................................................................. 6
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 8
2.1. Hasil Penelitian Terdahulu .......................................................... 8
2.2. Landasan Teori .......................................................................... 10
2.2.1. Denyut nadi ................................................................................ 10
2.2.2. Hemoglobin ............................................................................... 12
2.2.3. Saturasi Oksigen ........................................................................ 14
2.2.4. Metode Photoplethymograph (PPG) .......................................... 14
2.2.4.1. Mode transmisi PPG .................................................................. 16
2.2.4.2. Mode refleksi PPG ..................................................................... 17
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
xiv
2.2.5. Metode Saturasi Oksigen dan Hemoglobin ............................... 17
2.2.6. Sensor Oksimeter ....................................................................... 20
2.2.7. Komunikasi I2C ......................................................................... 21
2.2.8. Filter Digital ............................................................................... 24
2.2.9. Mikrokontroller .......................................................................... 29
2.2.9.1. Spesfikasi Arduino Nano ........................................................... 31
2.2.9.2. Daya ........................................................................................... 31
2.2.9.3. Memori ...................................................................................... 32
2.2.9.4. Input dan Output ........................................................................ 32
2.2.9.5. Komunikasi ................................................................................ 34
2.2.9.6. Pemograman Arduino Nano ...................................................... 34
2.2.10. OLED SSD1306 ........................................................................ 35
2.3. Hipotesis .................................................................................... 37
BAB III. METODE PENELITIAN........................................................................ 38
3.1. Urutan Kegiatan ........................................................................... 38
3.2. Alat Dan Bahan Yang Digunakan ................................................ 39
3.3. Perancangan Sistem ..................................................................... 40
3.3.1. Diagram Blok Perancangan.......................................................... 40
3.3.2. Prinsip kerja sensor MAX30100 .................................................. 41
3.3.3. Skema rangkaian .......................................................................... 43
3.3.4. Desain Box ................................................................................... 44
3.3.5. Perancangan Software .................................................................. 45
3.4. Pembuatan PCB ........................................................................... 48
3.4.1. Pembuatan Skema Rangkaian ...................................................... 48
3.4.2. Pembuatan Jalur PCB ................................................................... 49
3.4.3. Pembuatan G-Code untuk CNC ................................................... 50
3.4.4. Modifikasi File Untuk Proses Autoleveling ................................. 51
3.4.5. Proses routing PCB dengan CNC ................................................ 52
3.5. Pembuatan Box ............................................................................. 54
3.6. Pembuatan Program ..................................................................... 57
3.7. Pengujian Dan Analisa Sistem ..................................................... 60
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
xv
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 62
4.1. Hasil Perancangan Alat .............................................................. 62
4.1.1. Hasil Perangkat Mekanik ........................................................... 62
4.1.2. Hasil Perangkat Keras (Hardware) ........................................... 63
4.1.2.1. Power Supply ............................................................................. 63
4.1.2.2. Power Regulator ........................................................................ 64
4.1.2.3. Mikrokontroller .......................................................................... 65
4.1.2.4. Sensor PPG ................................................................................ 65
4.1.2.5. Layar OLED .............................................................................. 67
4.1. Hasil Pengujian Alat dan Analisis Data ..................................... 68
4.1.3. Pengujian Filter Digital dan Analisis ......................................... 68
4.1.4. Pengujian Sensitifitas Sensor ..................................................... 71
4.1.5. Pengujian Tampilan di OLED ................................................... 73
4.1.6. Hasil Pengujian Keakurasian Alat ............................................. 75
4.1.7. Hasil Pengujian Kepresisian Alat .............................................. 78
BAB IV. PENUTUP .............................................................................................. 81
4.1. Kesimpulan .............................................................................................. 81
4.2. Saran ........................................................................................................ 82
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 83
LAMPIRAN .......................................................................................................... 86
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Hemoglobin (sumber: MedicineNet.com)......................................... 13
Gambar 2.2 Sinyal detak jantung dengan metode Photoplethysmography........... 15
Gambar 2.3 Transmission Photoplethysmography Method .................................. 16
Gambar 2.4 Reflection Photoplethysmography Method ....................................... 17
Gambar 2.5 Penyerapan spektra Hb dan Hb .................................................... 18
Gambar 2.6 Linear Regresion ............................................................................... 20
Gambar 2.7 Transmisi Cahaya melalui jari Tangan.............................................. 21
Gambar 2.8 Diagram blok komunikasi I2C .......................................................... 22
Gambar 2.9 Kondisi Sinyal Start dan Stop ........................................................... 22
Gambar 2.10 Sinyal ACK dan NACK .................................................................. 23
Gambar 2.11 Pengiriman Bit Pada I2C Bus .......................................................... 24
Gambar 2.12 Bentuk tanggapan sinyal LPF ......................................................... 26
Gambar 2.13 tanggapan gain dari Butterworth LPF terhadap sumbu frekuensi. .. 27
Gambar 2.14 menunjukan ideal (garis solid)dan praktikal (garis putus-putus) .... 27
Gambar 2.15 Arduino Nano .................................................................................. 30
Gambar 2.16 Kaki pin Arduino Nano ................................................................... 35
Gambar 2.17 OLED SSD1306 96” 128x32 ......................................................... 36
Gambar 2.18 Spesifikasi ....................................................................................... 37
Gambar 3.1 Alur Penelitian................................................................................... 47
Gambar 3.2 Diagram Blok Perancangan Alat ....................................................... 41
Gambar 3.3 Rangkaian sensor Max 30100 ........................................................... 43
Gambar 3.4 Diagram blok sensor Max 30100 ...................................................... 44
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
xvii
Gambar 3.5 Rangkaian Wiring Alat ...................................................................... 45
Gambar 3.6 Konvert ke PCB ................................................................................ 45
Gambar 3.7 Design box bagian bawah ................................................................. 46
Gambar 3.8 Design box bagian atas ...................................................................... 46
Gambar 3.9 Flowchart ........................................................................................... 47
Gambar 3.10 Skema rangkaian pada EAGLE....................................................... 49
Gambar 3.11 Konvert ke layout PCB pada EAGLE ............................................. 49
Gambar 3.12 mencari PCB G-code Ulp ................................................................ 50
Gambar 3.13 Menu PCB G-code .......................................................................... 51
Gambar 3.14 menu Autoleveller ........................................................................... 52
Gambar 3.15 Load G-code pada mach3 ................................................................ 53
Gambar 3.16 hasil Load G-code ........................................................................... 53
Gambar 3.17 Tampilan awal Sketchup ................................................................. 54
Gambar 3.18 Hasil design Box ............................................................................. 55
Gambar 3.19 konvert ke STL ................................................................................ 55
Gambar 3.20 Membuka file STL di software Cura............................................... 56
Gambar 3.21 Cetak design di 3D Printing ............................................................ 57
Gambar 3.22 Tampilan Arduino ........................................................................... 58
Gambar 3.23 Tampilan Program Pada Arduino .................................................... 58
Gambar 3.24 Verify pada Arduino IDE ................................................................ 59
Gambar 3.25 Upload program pada Arduino board.............................................. 59
Gambar 3.26 Pulse Oximeter ................................................................................ 61
Gambar 3.27 HemoCue ......................................................................................... 61
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
xviii
Gambar 4.1 proses 3D printing ............................................................................. 62
Gambar 4.2 Hasil Perangkat ................................................................................. 63
Gambar 4.3 Power Supply..................................................................................... 64
Gambar 4.4 Power Regulator ............................................................................... 64
Gambar 4.5 mikrokontroller.................................................................................. 65
Gambar 4.6 data RED tanpa jari ........................................................................... 66
Gambar 4.7 data RED dengan jari ........................................................................ 66
Gambar 4.8 data IR tanpa jari ............................................................................... 66
Gambar 4.9 data IR dengan jari ............................................................................ 67
Gambar 4.10 Tampilan OLED .............................................................................. 67
Gambar 4.1 sinyal RED sebelum di filter ............................................................. 69
Gambar 4.2 Sinyal RED setelah difilter ............................................................... 69
Gambar 4.3 sinyal IR sebelum difilter .................................................................. 70
Gambar 4.4 Sinyal IR setelah difilter .................................................................... 70
Gambar 4.5 Hasil Butterworth Filter .................................................................... 71
Gambar 4.6 current treshold dengan terdeteksi jari ............................................. 72
Gambar 4.7 current treshold tidak terdeteksi jari .................................................. 73
Gambar 4.8 Hasil program tampilan OLED ......................................................... 75
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
xix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Denyut Nadi Dipengaruhi Faktor Umur ............................................... 12
Tabel 4.1 Hasil pengukuran HR dan ............................................................ 75
Tabel 4.2 Hasil pengukuran HB ............................................................................. 77
Tabel 4.3 Hasil Uji presisian alat ........................................................................... 78
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019
xx
DAFTAR SINGKATAN
= Parsial Oksigen
= Saturasi Oksigen
mmHg= Milimeter Hydrargryum
HR = Heart Rate
Bpm = Beat Per Minute
HB = Hemoglobin
= OksiHemoglobin
g/dL = gram/ desi Liter
OLED = Organic Light Emiting Diode
LED = Light Emiting Diode
IR = Infra Red
PPG = Photoplethysmograph
Rancang Bangun Alat Ukur…, Dharma Adi Prasetyo, Fakultas Teknik dan Sains UMP, 2019