BAB III PERANCANGAN ALAT · 2018. 3. 21. · PERANCANGAN ALAT Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan dan realisasi dari perangkat keras, serta perangkat lunak dari media

16

BAB III

PERANCANGAN ALAT

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan dan realisasi dari perangkat

keras, serta perangkat lunak dari media pembelajaran sistem pengukuran aktivitas

elektrik jantung, keadaan oksigen dalam darah, dan tekanan darah dengan metode non-

invasive.

3.1. Blok Diagram

Gambaran sistem dan cara kerja sistem yang akan dikerjakan atau dibangun

secara terperinci akan dijelaskan oleh blok diagram di bawah ini.

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Pembelajaran Biomedical

Sistem pembelajaran biomedical terdiri dari tiga rangkaian utama, yaitu rangkaian

EKG, rangkaian PPG, dan rangkaian tekanan darah seperti pada Gambar 3.1. Data yang

diperoleh akan diproses oleh Arduino Mega 2560 kemudian ditampilkan melalui LCD.

Pilihan menu dapat dipilih dengan menekan salah satu menu pada LCD.

17

Gambar 3.2 Blok Diagram EKG

Elektroda akan dipasang pada bagian tertentu praktikan dan menjadi input untuk

module EKG AD8232. Keluaran AD8232 masuk pin analog Arduino Mega 2560 untuk

diproses. Hasil proses dari input berupa grafik sinyal aktivitas elektrik jantung dan heart

rate yang ditampilkan melalui LCD grafik touchscreen. Buzzer digunakan untuk

penanda ketika terdapat detak jantung.

Gambar 3.3 Blok Diagram PPG

LED merah dan LED inframerah memancarkan gelombang pada jari atau daun

telinga secara bergantian, gelombang yang menembus pada jari atau daun telinga akan

diterima oleh photodiode. Hasil keluaran photodiode akan diterima langsung oleh

Arduino Mega 2560 sebagai data DC, sedangkan untuk data AC diperoleh dari hasil

keluaran photodiode yang melewati bandpass filter dengan rentang frekuensi 0,5Hz

sampai 5,3Hz seperti pada Gambar 3.3. Frekuensi ini dipilih karena data PPG berada

18

pada frekuensi tersebut. Data yang didapat diproses oleh Arduino Mega 2560 untuk

mendapatkan nilai SpO2 dan heart rate yang ditampilkan melalui LCD grafik

touchscreen.

Gambar 3.4. Blok Diagram Blood Pressure

Pompa angin akan memompa handcuff mencapai tekanan 180mmHg yang dibaca

oleh sensor tekanan yang melewati bandpass active filter 0,5Hz – 5,3Hz untuk

menghilangkan noise dari handcuff. Setelah mencapai tekanan 180mmHg, solenoid

valve akan terbuka untuk menurunkan tekanan dalam handcuff sampai 60mmHg secara

perlahan. Saat tekanan turun sensor tekanan akan mencari nilai MAP untuk

mendapatkan nilai diastolik dan sistolik yang diproses oleh Arduino Mega 2560 dan

ditampilkan melalui LCD, dapat dilihat pada Gambar 3.4.

3.2. Algoritma Sistem

Pada bagian ini akan dijelaskan algoritma yang digunakan pada sistem. Algoritma

dapat dilihat dalam bentuk diagram alir pada Gambar 3.5.

19

Gambar 3.5 Diagram Alir Keseluruhan Sistem

20

Penjelasan Diagram Alir Keseluruhan Sistem

Terdapat tiga pilihan menu, yaitu EKG, PPG, dan blood pressure. Pada menu

EKG data yang didapat akan ditampilkan berupa sinyal jantung dan heart rate. Untuk

menu PPG, LED merah akan dinyalakan kemudian akan diambil data LED merah

berupa data AC, DC, dan heart rate. Setelah pengambilan data LED merah selesai, LED

merah akan mati dan LED IR akan menyala. Kemudian diambil data AC, DC, dan heart

rate. SpO2 dapat dihitung dari data yang diperoleh dari LED merah dan LED IR. Untuk

menu yang terakhir yaitu blood pressure, pompa akan menyala sampai tekanan

mencapai 180mmHg. Saat tekanan mencapai tekanan 180mmHg, pompa akan berhenti

dan solenoid valve akan terbuka untuk menurunkan tekanan secara perlahan. Kemudian

dicari nilai MAP, heart rate, sistolik, dan diastolik.

21

Gambar 3.6 Diagram Alir Menghitung Heart Rate

Penjelasan Diagram Alir Menghitung Heart Rate

Heart rate dapat dihitung dengan mencari periode sinyal. Periode sinyal dicari

dengan menghitung waktu yang dibutuhkan dari puncak sinyal ke puncak sinyal

menggunakan fungsi Millis yang ada dalam Arduino Mega 2560.

22

3.3. Realisasi Perangkat Keras

Pada bagian tersebut akan diuraikan dari realisasi perangkat keras. Perangkat

keras berukuran (30×25×10) cm3.

3.3.1. Box Alat

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan mekanik. Akan

ditampilkan bagian-bagian pada tiap komponen yang terdapat pada mekanik alat.

Gambar 3.7 Box Alat Tampak Atas

Terdapat LCD grafik touchscreen 2,8” untuk memilih menu dan sebagai

penampil hasil proses dari Arduino Mega 2560.

Gambar 3.8 Box Alat Tampak Depan

23

Berikut penjelasan masing-masing bagian pada box alat bagian depan :

1. Handcuff digunakan untuk pengukuran tekanan darah yang dililitkan pada

lengan.

2. Mechanical gauge digunakan sebagai pembanding alat ukur tekanan dari sensor

tekanan MPX5050GP.

3. DB15 digunakan sebgai penguhubung sensor PPG dengan rangkaian.

4. Sensor PPG terdiri dari LED merah, LED inframerah, dan photodiode untuk

mengukur SpO2.

5. Penghubung elektroda digunakan untuk menghubungkan elektroda pad ke

module EKG AD8232.

Gambar 3.9 Box Alat Tampak Belakang

Terdapat saklar pada box bagian belakang untuk menghidupkan atau mematikan

alat.

24

Gambar 3.10 Box Alat Bagian Dalam

Berikut penjelasan masing-masing bagian pada box bagian dalam :

1. Keran untuk mengatur keluarnya angin dari handcuff.

2. Air pump motor digunakan untuk memompa handcuff.

3. Solenoid valve digunakan untuk membuka atau menutup jalur dari handcuff ke

jalur keluar angin.

4. Arduino Mega 2560 digunakan untuk pengolah data dan pengendali sistem.

5. Rangkaian blood pressure digunakan untuk meloloskan frekuensi yang

diinginkan.

6. Sensor tekanan MPX5050GP digunakan untuk mengukur tekanan.

7. Rangkaian PPG digunakan untuk meloloskan frekuensi yang diinginkan.

8. Module EKG AD8232 digunakan untuk mengamati aktivitas elektrik jantung.

9. Regulator dan driver L293D.

10. Buzzer digunakan untuk penanda heart rate.

11. Tempat battery terdapat tiga buah battery 3,7V.

25

3.4 Rangkaian

Rangkaian dibuat dengan menggunakan software Eagle karena memiliki fitur pcb

design.

Gambar 3.11 Rangkaian Regulator

Rangkain regulator menggunakan dua komponen utama, yaitu LM7805 dan

LM7812. LM7805 berfungsi sebagai regulator 5V dan LM7812 berfungi sebagai

regulator 12V.

Gambar 3.12 Rangkaian Driver

26

Rangkain driver pada Gambar 3.12 menggunakan L293D dan transistor 2N2222.

Driver L293D digunakan untuk mengendalikan solenoid valve dan air pump motor.

Driver transistor 2N2222 digunakan untuk mengendalikan LED merah dan LED

inframerah untuk pengukuran SpO2.

Gambar 3.13 Rangkaian PPG

Rangkaian pada Gambar 3.13 merupakan bandpass active filter dengan rentang

frekuensi 0,5Hz – 5,3Hz dengan penguatan frekuensi tengah 101 kali.

Berikut perhitungan menentukan nilai komponen :

= 0,49Hz = 101 kali

= 0,5Hz

= 5,3Hz

27

Gambar 3.14 Rangkaian Blood Pressure

Rangkaian pada Gambar 3.14 merupakan bandpass active filter dengan rentang

frekuensi 0,5Hz – 5,3Hz dengan penguatan frekuensi tengah seratus kali. Virtual

Ground (VG) digunakan sebagai tegangan refrensi agar sinyal negatif dapat terbaca oleh

Arduino Mega 2560.

Berikut perhitungan menentukan nilai komponen :

= 0,49Hz = 100 kali

= 0,5Hz

= 5,3Hz