halaman sampul rancang bangun alat ukur denyut …repository.ump.ac.id/9218/1/dharma adi...

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

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.


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.


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


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


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.


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


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


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


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


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


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


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


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


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


halaman sampul rancang bangun alat ukur denyut …repository.ump.ac.id/9218/1/dharma adi...

Documents