ALAT PENGUKUR SATURASI OKSIGEN DALAM DARAH …
Transcript of ALAT PENGUKUR SATURASI OKSIGEN DALAM DARAH …
ALAT PENGUKUR SATURASI OKSIGEN DALAM DARAH
MENGGUNAKAN METODE PPG REFLECTANCE PADA
SENSOR MAX30100
Skripsi
Oleh
CANDRA RIZKI NUGROHO
11150970000040
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI
SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
1441 H/2019 M
ii
ALAT PENGUKUR SATURASI OKSIGEN DALAM DARAH
MENGGUNAKAN METODE PPG REFLECTANCE PADA
SENSOR MAX30100 BERBASIS ARDUINO UNO
Skripsi
Diajukan kepada Fakultas Sains dan Teknologi untuk Memenuhi Persyaratan
Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si.)
Oleh
Candra Rizki Nugroho
NIM: 11150970000040
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI
SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
1441 H/2019 M
iii
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING
iv
LEMBAR PENGESAHAN UJIAN
v
LEMBAR PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa:
1. Skripsi ini merupakan hasil karya asli saya sendiri yang diajukan untuk
memenuhi salah satu persyaratan memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) di
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
2. Semua sumber yang saya gunakan dalam penelitian ini telah dicantumkan
sesuai dengan ketentuan yang berlaku di UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
3. Jika di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan hasil karya asli saya
sendiri atau merupakan hasil jiplakan dari karya orang lain, maka saya bersedia
menerima sanksi yang berlaku di UIN Syarif Hidyatullah Jakarta.
Jakarta, November 2019
Candra Rizki Nugroho
vi
ABSTRAK
Kekurangan oksigen pada tubuh dapat menyebabkan tubuh merasa mudah
lelah, letih dan mengantuk, ini dikarenakan oksigen berperan sebagai salah satu
sumber energi bagi tubuh selain nutrisi. Salah satu alat yang dapat mendiagnosa
tubuh seseorang kekurangan oksigen adalah oximeter. Setelah melakukan survei
oximeter di pasaran, dapat diketahui bahwa kebanyakan oximeter menggunakan
metode PPG transmittance. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan
membangun hardware serta software alat ukur saturasi oksigen menggunakan
metode PPG reflectance menggunakan arduino Nano dan sensor MAX30100,
menentukan karakteristik, membandingkan hasil pengukuran dengan alat pengukur
saturasi oksigen yang menggunakan metode transmittance dan menganalisis hasil
pengukuran tersebut. Hasilnya telah berhasil merancang dan membangun alat
pengukur saturasi oksigen (SpO2) dengan menggunakan sensor MAX30100 dan
arduino Nano yang diinterfacekan pada handphone menggunakan modul bluetooth
HC-05 dengan karakteristik jangkauan kurang dari 140 m pada ruang terbuka
dengan tanpa halangan, waktu respon 5 detik, memiliki ketelitian pengukuran rata-
rata di atas 96 % berdasarkan alat oximeter yang sudah ada serta keakuratan sebesar
95,2%.
Kata kunci : Arduino Nano, MAX30100, Oksigen, Oximeter, SpO2
vii
ABSTRACT
Lack of oxygen in human body can cause the body to easily feel tired,
exhausted and sleepy. It happens because oxygen acts as a source of energy for
human body besides nutrition. There is an device that can diagnose the lack of
oxygen in human body called oximeter. After conducting a survey about oximeter
on the market, it can be known that most oximeters use the PPG transmittance
method. This study aims to design and build both hardware and software to
measure the oxygen saturation with the PPG reflectance by using arduino and
MAX30100 sensor, determine the characteristic, and to compare the measurement
results with oxygen saturation gauges device that uses transmitance method then
analyze it. The results of this study are the oxygen saturation gauges device has
been designed and built by using the MAX30100 sensor and arduino Nano that
interfaced to mobile phones using HC-05 bluetooth module with a range of
characteristics less than 140 m in open spaces without any obstacles, 5 seconds of
response time, has an average measurement accuracy above 96% based on an
existing oximeter and an accuracy of 95.2%.
Keywords: Arduino Nano, MAX30100, Oxygen, Oxymeter, SpO2
viii
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur bagi Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya
kepada penulis. Sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik,
guna memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Sains di Universitas Islam
Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta. Shalawat dan salam senantiasa tercurahkan
kepada baginda Nabi Muhammad SAW yang mengantarkan manusia dari zaman
kegelapan ke zaman yang terang benderang saat ini.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini tidak dapat terselesaikan
tanpa dukungan dari berbagai pihak, baik moril maupun materil. Oleh karena itu,
penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah
membantu penulis dalam penyusunan skripsi ini, terutama kepada:
1. Kedua orang tua yang telah memberikan dukungan moril dan materiil
serta doa yang tiada henti- hentinya kepada penulis.
2. Segenap keluarga besar yang telah menyemangati dan mensupport
dalam penyelesaian skripsi ini.
3. Ibu Tati Zera, M.Si selaku Ketua Program Studi Fisika dan
Pembimbing Akademik yang telah memberikan arahan kepada penulis.
4. Ibu Elvan Yuniarti, M.Si selaku pembimbing I yang telah sabar
membimbing penulis dan memberikan banyak masukan kepada penulis
terkait penulisan skripsi ini.
5. Bapak Dr. Ambran Hartono, M.Si selaku pembimbing II yang telah
membimbing penulis dan banyak memberikan pengarahan terkait
ix
penelitian skripsi ini, juga memberikan banyak ilmu-ilmu baru serta
solusi pada setiap permasalahan dalam penulisan skripsi ini.
6. Seluruh dosen-dosen Program Studi Fisika, atas seluruh ilmu yang
telah diberikan kepada penulis selama melakukan studi.
7. Sahabat seperjuangan: Diah dan Andri yang selalu memberikan
masukan, saran, dukungan, bantuan, doa, dan menjadi teman diskusi.
8. Kosan squad: Syarif, Ilham, Agung, dan Rizki yang telah menjadi
pendengar dan teman diskusi bagi penulis, memberikan dukungan.
9. Teman-teman Fisika Instrumentasi UIN 2015 yang selama kuliah
selalu memberikan semangat dan bantuannya kepada penulis.
10. Teman-teman Fisika UIN 2015 yang tidak dapat saya sebutkan satu
persatu yang selalu senantiasa memberikan semangat dan bantuannya
kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna dikarenakan
terbatasnya pengalaman dan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu,
penulis mengharapkan segala bentuk saran serta masukan bahkan kritik yang
membangun dari berbagai pihak yang dapat disampaikan melalui alamat e-mail
penulis [email protected]. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat
bagi para pembaca dan semua pihak khususnya dalam bidang instrumentasi.
Jakarta, 20 November 2019
Candra Rizki Nugroho
x
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING iii
LEMBAR PENGESAHAN UJIAN iv
LEMBAR PERNYATAAN v
ABSTRAK vi
KATA PENGANTAR viii
DAFTAR ISI x
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR TABEL xiii
BAB I PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Rumusan Masalah 3
Batasan Masalah 4
Tujuan 4
Manfaat 4
Sistematika Penulisan 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA 6
2.1 Darah 6
2.2 Arduino Nano 7
2.3 Arduino IDE 10
2.4 Modul HC-05 11
2.5 RemoteXY 12
2.6 Photoplethysmography 13
2.6.1 Metode Transmittance 16
2.6.2 Metode Reflectance 16
2.7 Sensor MAX30100 17
2.7.1 LED 17
2.7.2 Infrared 17
2.7.3 Photodioda 18
2.8 Pulse Oximeter 20
xi
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 22
Waktu dan Tempat Penelitian 22
Alat dan Bahan 22
3.2.1 Perangkat Keras (Hardware) 22
3.2.2 Perangkat Lunak (Software) 22
Tahapan Penelitian 23
3.3.1 Alur Penelitian 23
3.3.2 Perancangan Hardware 25
3.3.3 Perancangan Software 26
Metode Pengambilan Data 28
Metode Pengolahan Data 29
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 30
4.1 Perancangan Hardware 30
4.2 Perancangan Software 32
4.3 Hasil Pengujian Karakteristik Alat Ukur Saturasi Oksigen 34
4.3.1 Pengujian Sensor MAX30100 34
4.3.2 Pengujian Modul HC-05 35
4.4 Hasil Pengujian Alat Pengukur Saturasi Oksigen 36
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 42
5.1 Kesimpulan 42
5.2 Saran 43
LAMPIRAN 44
Data Hasil Pengukuran 44
Source code sensor MAX30100 46
Source Code RemoteXY 47
RemoteXY Editor 48
Datasheet Sensor Max30100 49
Dokumentasi 53
DAFTAR PUSTAKA 56
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Bagian Fisik Arduino Nano 8
Gambar 2. 2 Konfigurasi Pin Arduino Nano 9
Gambar 2. 3 Tampilan Awal Arduino IDE 10
Gambar 2. 4 Modul Bluetooth HC-05 12
Gambar 2. 5 Tampilan Remotexy Pada Website 13
Gambar 2. 6 Metode PPG 16
Gambar 2. 7 Cara Kerja Sensor MAX30100 19
Gambar 2. 8 Sensor MAX30100 19
Gambar 2. 9 Oximeter Transmittance 21
Gambar 3. 1 Flowchat Alur Penelitian 23
Gambar 3. 2 Flowchart Perancangan Hardware 25
Gambar 3. 3 Rancangan Hardware 26
Gambar 3. 4 Flowchart Perancangan Software 27
Gambar 3. 5 Library Manager Arduino IDE 28
Gambar 4. 1 Tampilan Awal Alat Pengukur Saturasi Oksigen 30
Gambar 4. 2 Source Code pada Arduino IDE 33
Gambar 4. 3 Hasil GUI Pada HP 33
Gambar 4. 4 Grafik Perbandingan SpO2 39
Gambar 4. 5 Grafik Perbandingan BPM 40
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Spesifikasi Arduino Nano 8
Tabel 2. 2 Deskripsi Pin Bluetooth HC-05 12
Tabel 2. 3 Fungsi Pin Sensor MAX30100 20
Tabel 4. 1 Deskripsi Alat Ukur Saturasi Oksigen yang dibuat 31
Tabel 4. 2 Hasil Karakterisasi Sensor MAX30100 34
Tabel 4. 3 Hasil Karakterisasi Alat Ukur Terhadap Posisi/Jarak 35
Tabel 4. 4 Pengolahan Data Alat yang dibuat dengan Alat Oximeter 36
1
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
نإسان منإ علق خلق الإ
“Dia telah menciptakan manusia dari segumpal darah” (Q.S. Al-‘Alaq : 2)
Seperti pada al-Qur’an surat al-‘Alaq ayat 2, darah merupakan salah satu
organ tubuh yang terpenting dalam tubuh manusia. Jumlah darah rata-rata yang
bersikulasi pada tubuh orang dewasa yaitu berkisar antara 4,5–5,5 liter. Dalam
darah terdapat komponen-komponen yang dibutuhkan tubuh untuk menjalankan
sistem kerja tubuh. Salah satu komponen dalam darah yaitu oksigen. Setelah
oksigen masuk ke dalam paru-paru selanjutnya darah akan mengikat oksigen
melalui haemoglobin dan dibawa menuju jantung untuk dipompa dan diedarkan ke
seluruh tubuh. Oksigen berperan sangat penting dalam tubuh karena berfungsi
sebagai sumber energi bagi tubuh. Jika seseorang kekurangan oksigen dalam tubuh,
maka tubuh akan terasa mudah lemas.
Dengan mengetahui saturasi oksigen dalam darah, hal ini dapat
mendiagnosa berbagai jenis penyakit dan gangguan sistem kerja tubuh. Pada tingkat
tertentu, penyakit dan gangguan sistem kerja tubuh dapat berakibat fatal. Alat yang
dapat mengukur saturasi oksigen dalam darah dinamakan pulse oximeter. Oximeter
adalah alat yang digunakan untuk memonitor keadaan jumlah oksigen dalam darah
tanpa harus melalui tes darah (non-invasive). Alat ini memanfaatkan sifat
gelombang cahaya infrared dan LED merah yang dapat menembus jaringan dan
2
dipantulkan kembali oleh tulang atau jaringan lain dalam tubuh serta sensor cahaya
sebagai penerima gelombang cahaya.
Saturasi merupakan jumlah persentase dari haemoglobin yang mengikat
oksigen dari total jumlah haemoglobin yang ada dalam darah. Pada orang dewasa,
kisaran persentase saturasi oksigen yang normal adalah 90%-100%. Jika nilai
saturasi kurang dari 90% maka harus ada penanganan lebih lanjut dari dokter karena
oksigen tidak tersalurkan dengan sempurna.
Pada penelitian-penelitian sebelumnya, alat pengukur saturasi oksigen
dalam darah kebanyakan menggunakan metode PPG transmittance dan juga masih
sedikit yang berbasis internet of think (IOT). Seperti pada penelitian Umi Salamah,
di sini peneliti membuat modul manual menggunakan LED merah dan infrared
sebagai sumber cahaya dan photodiode sebagai sensor cahaya. Dalam penelitian
tersebut, peneliti harus menggunakan modul amplifier agar sinyal yang dihasilkan
sesuai dengan hasilnya [1].
Pada penelitian milik Septia Khairunnisa dan kawan-kawan dari Poltekkes
Surabaya, oximeter berbasis arduino dibuat dengan menggunakan modul LED
merah dan infrared yang diolah menggunakan rangkaian demultiplexer serta
diinterfacekan menuju PC menggunakan modul wifi ESP8232. Namun, penelitian
ini memiliki kekurangan yaitu banyaknya perangkat yang digunakan serta
mahalnya biaya yang dibutuhkan [2].
Adapun yang dilakukan oleh Pricilia Yelana Mallo dan kawan-kawan dari
jurusan Teknik Elektro UNSRAT, yang membuat sensor oximeter menggunakan
LED merah, infrared dan ATMega 8535 sebagai mikrokontrollernya. Penelitian ini
3
menggunakan rangkaian op-amp serta filter AC dan DC. Hasilnya, nilai error yang
diperoleh rata-rata yaitu sebesar 5% dengan nilai error terbesarnya yaitu sebesar
10,73%. Error disebabkan oleh noise karena sensor yang dibuat menggunakan
rangkaian yang dibuat sendiri sehingga rawan adanya kesalahan-kesalahan saat
merangkai [3].
Tujuan penulis adalah merancang dan membangun alat pengukur saturasi
oksigen dalam darah digital menggunakan metode PPG reflectance yang terdapat
pada sensor MAX30100 dan menggunakan arduino Nano sebagai mikroprosesor
serta membandingkan dengan produk yang sudah ada di pasaran. Berbeda dengan
yang berada dipasaran, alat ini menggunakan handphone android via bluetooth
sebagai tampilannya sehingga lebih menarik.
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka rumusan masalah pada penelitian
ialah sebagai berikut:
1. Bagaimana cara merancang bangun alat saturasi oksigen dalam darah
menggunakan metode reflectance antara infrared dan fotodioda?
2. Bagaimana cara untuk karakterisasi perangkat keras yang digunakan?
3. Apakah hasil pengukuran alat saturasi oksigen sesuai dengan alat yang
sudah ada?
4. Apakah hasil dari metode reflectance lebih baik dan efisien dari pada
metode transmittance?
4
Batasan Masalah
Pada tugas akhir ini permasalahan mengenai alat pengukur kadar oksigen
dan glukosa pada darah manusia akan dibatasi pada:
1. Perancangan alat menggunakan Mikrokontroler Arduino Nano.
2. Hanya dapat mengukur pada bagian jari tangan saja.
3. Tidak membahas secara detail tentang oksigen, darah dan proses kimianya.
4. Hanya membahas dan membandingkan hasil pengukuran serta tidak
membahas secara detail tentang alat ukur oksigen yang ada di pasaran.
Tujuan
Tujuan dari pembuatan alat pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Merancang bangun perangkat keras (Hardware) dan perangkat lunak
(Software) alat pengukur saturasi oksigen pada darah manusia
menggunakan metode reflectance.
2. Mengkarakterisasi sensor MAX30100 dan modul bluetooth yang digunakan.
3. Membandingkan hasil pengukuran alat yang dibuat dengan metode
transmittance.
Manfaat
Manfaat dari hasil penelitian ini adalah:
1. Membantu masyarakat untuk mengukur saturasi oksigen dalam darah secara
mudah dan instan.
2. Sebagai solusi alternatif pengukuran saturasi oksigen dalam darah.
5
Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran ringkasan pada skripsi ini, peneliti
menyajikan dalam bentuk sistematika penulisan skripsi. Sistem yang digunakan
sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN, berisi latar belakang, tujuan, batasan masalah,
rumusan masalah, manfaat penelitian, sistematika penulisan.
BAB II KAJIAN PUSTAKA, berisi bab-bab yang mengandung dasar teori
yang disesuaikan dengan penelitian yang dilakukan, dasar teori ini nantinya akan
menjadi acuan saat penelitian berjalan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN, menjelaskan mengenai waktu
dan tempat penelitian, alat dan bahan yang digunakan, tahapan penyusunan,
perancangan dan metode analisis.
BAB IV HASIL PENELITIAN, menyajikan hasil penelitian berupa hasil
rancangan hardware maupun software, hasil uji coba, hasil rancangan serta
pembahasan mengenai hasil rancangan tersebut.
BAB V PENUTUP, berisi tentang kesimpulan penelitian yang telah
dilakukan dan saran-saran yang diberikan oleh peneliti untuk peneliti selanjutnya.
6
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
2.1 Darah
Darah merupakan salah satu jaringan tubuh dalam sistem pembuluh darah
yang sebenarnya tertutup. Darah dibagi dalam dua fungsi yaitu fungsi respirasi dan
fungsi gizi. Fungsi respirasi yaitu sebagai pengangkut oksigen (O2) dan karbon
dioksida (CO2). Fungsi gizi yaitu mengangkut zat makanan yang diabsorbsi, pada
sistem ekskresi membawa sisa hasil metabolisme ke ginjal, paru-paru, kulit dan
usus, mempertahankan kesetimbangan asam-basa, mengatur keseimbangan air,
mengatur suhu badan, pertahanan terhadap infeksi pada sel darah putih, transpor
hormone dan transpor hasil metabolisme. Dalam satu sel darah terdiri dari
hemoglobin, eritrosit, hematrosit, retikulosit, laju endap darah, trombosit, dan
lekosit [4].
Hemoglobin merupakan molekul dalam darah yang mengandung oksigen.
Pada saat di paru-paru, hemoglobin akan mengikat oksigen melalui persamaan
kimia. Hemoglobin terbentuk dari 4 rantai polipeptida (rantai asam amino), yaitu 2
rantai alfa dan 2 rantai beta. Setiap rantai polipeptida mengandung grup prostetik
yang dikenal sebagai molekul heme, ini yang menyebabkan warna darah menjadi
merah. Secara reversible, molekul heme dapat dikombinasikan dengan satu
molekul oksigen atau karbon dioksida. Satu sel hemoglobin mengikat 4 molekul
oksigen per tetramer (satu per sub unit heme) dan kurva saturasi oksigen berbentuk
sigmoid [5].
7
Hemoglobin dipompa oleh jantung dan diedarkan keseluruh tubuh melalui
arteri. Setiap kali jantung memompa akan tercipta suatu gelombang pada arteri yang
disebut dengan denyut nadi. Denyut nadi mudah diraba pada bagian-bagian tertentu
pada tubuh, tepatnya pada arteri yang melintasi sebuah tulang dekat permukaan
kulit [6]. Denyut nadi biasanya dipresentasikan dalam satuan waktu yaitu, beats per
minute (BPM). BPM adalah satuan waktu yang digunakan dalam mengukur jumlah
denyut nadi/detak jantung dalam waktu satu menit [7].
2.2 Arduino Nano
Arduino Nano termasuk ke dalam sebuah mikrokontroler Atmega328
sebagai komponen utamanya yang bersifat open source. Arduino Nano merupakan
sebuah papan elektronik yang memiliki ukuran lebih kecil dari pada arduino jenis
lainnya, namun mempunyai keunggulan fungsional yang sama dengan lainnya..
Bagian hardware arduino ini mempunyai prosesor Atmel AVR serta Software yang
menggunakan bahasa pemrograman C yang dituangkan dalam software Arduino
IDE (integrated Development Environment) dengan bantuan libraries yang terdapat
pada Arduino. Pada port arduino Nano, tidak disertakan port DC power namun
dihubungkan dengan komputer menggunakan kabel Mini-B USB [8]–[10].
8
Gambar 2. 1 Bagian Fisik Arduino Nano [11]
Berikut merupakan spesifikasi dari Arduino Nano:
Tabel 2. 1 Spesifikasi Arduino Nano [9], [10] Mikrokontroler Atmega328 atau Atmega 168
Operation Voltage 5V
Tegangan Masukan 7 – 12V
6 – 20V (Batas)
Pin I/O 14 Digital ( 6 pin PWM)
8 Analog
Arus DC 50mV
Flash Memory 16KB (Atmega168)
32KB (Atmega328)
Bootloader SRAM 1KB (Atmega168)
SRAM 2KB (Atmega328)
EEPROM 512B (Atemga168)
1KB (Atmega328)
Kecepatan waktu 16Hz
Dimensi 0,73 cm x 1,70 cm
Arduino Nano memiliki pin-pin konfigurasi, yang diantaranya:
1. VCC berfungsi sebagai masukan daya digital
2. GND merupakan pin ground untuk daya digital
9
3. AREF merupakan pin referensi tegangan untuk input analog
4. RESET merupakan pin yang digunakan untuk mengatur dan menghiudpkan
ulang jalannya mikrokontroler
5. Serial TX (1) berfungsi sebagai pengirim TT
6. Serial RX (0) berfungsi sebagai penerima TTL
7. Output PWM berfungsi sebagai pin analog
8. SPI berfungsi sebagai pin pendukung komunikasi
9. External Interrupt berfungsi sebagai pemicu interupsi berbagai nilai
10. Input Analog berfungsi sebagai pin yang dapat diukur mulai dari ground
hingga 5V.
Gambar 2. 2 Konfigurasi Pin Arduino Nano
10
2.3 Arduino IDE
Arduino IDE merupakan aplikasi bawaan dari Arduino yang digunakan
untuk membuat, mengedit, dan membuka source code Arduino.
Gambar 2. 3 Tampilan Awal Arduino IDE
Berikut merupakan bagian-bagian dari Arduino IDE [12]:
1. Verify: Berfungsi untuk merubah source code menjadi binary code untuk
diupload ke Arduino board. Tombol verify juga berfungsi untuk
meverifikasi apakah masih ada program yang salah atau error.
2. Upload : Berfungsi untuk mengupload source code ke Arduino board. Jika
source code belum diverify terlebih dahulu maka source code akan secara
otomatis verify sebelum di upload.
3. New Sketch: Membuka jendela baru dan membuat source code baru.
11
4. Open Sketch: Membuka jendela baru source code yang sudah pernah dibuat
sebelumnya.
5. Save Sketch: Menyimpan source kode dengan ekstensi file “.ino”.
6. Serial Monitor: Menampilkan interface untuk komunikasi serial.
2.4 Modul HC-05
Modul bluetooth merupakan perangkat yang dapat mengirim dan menerima
data dengan jarak ±10 meter. Bluetooth dapat mentransmisi dan menerima data
pada pita frekuensi 2,4 GHz dengan kecepatan transmisi data mencapai 3 Mbps.
Modul bluetooth dapat didukung dengan baudrate 9600, 19200, 38400, 57600,
115200, 230400 dan 460800 [13].
Terdapat dua jenis seri modul bluetooth, yaitu seri genap dan seri ganjil.
Bluetooth HC-05 termasuk jenis dari seri modul bluetooth ganjil dimana modul
bluetooth HC-05 menggunakan serial master-slave untuk serial komunikasinya, ini
dapat memungkinkan untuk mengirim serial data sekaligus menerima serial data.
Sedangkan untuk seri modul bluetooth genap hanya menggunakan serial
komunikasi master saja sehingga tidak dapat mengirim data [14]. Bluetooth
diciptakan untuk mempermudah melakukan aktivitas sehari-hari seperti,
mendengarkan musik, berbicara ditelepon, bermain game dan lain sebagainya [15].
12
Berikut merupakan deskripsi tentang pin modul bluetooth HC-05:
Tabel 2. 2 Deskripsi Pin Bluetooth HC-05
Pin Keterangan
Vcc Sumber tegangan dengan minimal tegangan 3,3v dan
maksimal tegangan yaitu 5v
Gnd Ground
Rx Penerima serial data, setiap data akan diterima
menggunakan Bluetooth
Tx Pengirim serial data, setiap data akan dikirim
menggunakan Bluetooth
Enable/Key Digunakan untuk mengubah dari set data menjadi AT
data
State Untuk memastikan apakah Bluetooth berfungsi dengan
baik atau tidak
Gambar 2. 4 Modul Bluetooth HC-05 [14]
2.5 RemoteXY
RemoteXY merupakan aplikasi pada handphone (HP) yang digunakan
untuk mendesain interface dan komunikasi antara modul bluetooth dengan HP.
Modul bluetooth yang support dengan aplikasi Remotexy yaitu HC-05 dan HC-06.
Selain modul bluetooth, Remotexy dapat berkomunikasi menggunakan modul wifi
ESP8266 dan Ethernet Shield W5100. Spesifikasi HP yang dapat menjalankan
aplikasi ini yaitu mempunyai Operating System (OS) Andorid dan iOS. Terdapat
dua sistem pada aplikasi ini, yaitu [16]:
13
1. Editor: Berfungsi untuk mendesain interface pada HP sesuai keinginan
kita. Desain interface dapat dilakukan pada website melalui
remotexy.com atau aplikasi RemoteXY: Arduino control PRO. Setiap
desain akan menghasilkan source code yang berbeda nantinya.
2. Aplikasi HP: Berfungsi untuk menampilkan hasil desain dan
berkomunikasi dengan modul bluetooth.
Gambar 2. 5 Tampilan Remotexy Pada Website [16]
2.6 Photoplethysmography
Photoplethysmography atau PPG merupakan metode yang digunakan untuk
mengukur perubahan volume darah pada pembuluh darah yang dekat dengan
lapisan kulit manusia berbasis optik. Karena sifatnya yang praktis dan sederhana,
metode PPG sudah banyak diaplikasikan pada alat-alat medis seperti pulse-
oximeter, diagnostic vascular, denyut nadi digital dan tekanan darah. Prinsip kerja
PPG hanya memerlukan beberapa komponen sumber cahaya yang panjang
gelombangnya dapat disesuaikan dengan kebutuhan dan sebuah photodetektor
untuk merubah perubahan radiasi gelombang cahaya menjadi sama dengan
perubahan volume darah [17]–[19].
14
Metode PPG adalah metode yang berbasis optik, pengukurannya meliputi
jumlah foton yang dikirimkan pada suatu titik terhadap satuan waktu tertentu
disebut dengan intensitas (I). Pengukuran intensitas cahaya yang masuk menuju jari
tangan ditandai dengan Io akan dibandingkan dengan intensitas berkas cahaya yang
keluar dari jari tangan ditandai dengan I akan mendapatkan indikasi fraksi cahaya
yang masuk ditemukan keluar dari sampel dari penggunaan nilai rasio, berikut yang
menjelaskan tentang penyerapan (absorbance) suatu zat terhadap intensitas cahaya.
𝑇 =𝐼
𝐼𝑜 (1)
Jika dalam persen (%):
𝑇 (%) =𝐼
𝐼𝑜× 100 (2)
Maka didapat nilai yang terserap adalah:
𝐴 = −𝑙𝑜𝑔10𝐼
𝐼𝑜 (3)
Absorbance (A) = Jumlah Intensitas Cahaya yang Terserap
Transmittance (T) = Jumlah Intensitas Cahaya yang Menembus
I = Intensitas Cahaya Akhir
Io = Intensitas Cahaya Awal
Dari persamaan di atas akan terjadi dua kasus. Kasus yang pertama yaitu
ketika suatu berkas cahaya dengan panjang gelombang tertentu melalui suatu
larutan yang memiliki konsentrasi rendah, maka larutan tersebut memiliki daya
tembus cahaya yang tinggi dengan tingkat penyerapan yang rendah. Kasus yang
kedua yaitu, ketika suatu berkas cahaya dengan panjang gelombang dan periode
tertentu maka akan didapatkan hasil daya tembus yang rendah dengan penyerapan
yang tinggi [20]. Karena cahaya bergerak dengan kecepatan yang konstan yaitu,
𝑐 = 3𝑥108 m/s dan nilai absorbsi berbanding lurus dengan panjang lintasan yang
15
harus dilalui cahaya. Ketika panjang lintasan mempunyai satuan cm, dan
konsentrasi zat penyerap mempunyai satuan Molaritas, maka nilai konstanta
proposional tersebut disebut Absorbtivitas Molar. Maka koefisien atenuasi molar
(𝜀) zat mempunyai satuan M-1cm-1 sehingga menjadi,
𝐴 = 𝜀 × 𝑙 × 𝑐 (4)
Dimana:
A = Nilai absorbsi
𝜀 = koefisien atenuasi molar
l = panjang lintasan
c = konsentrasi zat
Metode PPG pada kehidupan sehari-hari umumnya digunakan untuk
mengukur jumlah kadar oksigen dalam darah (SpO2) dan jumlah denyut jantung
per-menit (BPM) [21]. Normalnya pada tubuh manusia dewasa, jumlah denyut
jantung per-menitnya berkisaran antara 60-100 kali denyut jantung [22]. Pada
pengukuran jumlah oksigen dalam darah, sinyal PPG menggunakan dua panjang
gelombang cahaya yang berbeda [23]. Gelombang PPG dapat terbentuk karena
perubahan dari sinyal AC yang dihasilkan dari pendeteksi cahaya. Besarnya
frekuensi sinyal AC biasanya hanya bernilai 1 Hz tergantung dari detak jantung.
Lama delay waktu setiap pengukuran tergantung dari detak jantung dan panjang
lintasan cahaya. Metode PPG memanfaatkan perubahan gelombang cahaya untuk
mendeteksi perubahan volume darah dengan cara menggunakan sebuah LED
berwarna merah dan inframerah serta fotodiode [24]. Pengukuran ini mempunyai
dua metode yaitu transmittance dan reflectance.
16
2.6.1 Metode Transmittance
Metode transmittance dilakukan yaitu dengan cara meletakkan jari diantara
LED dan fotodiode. Pada metode ini, sumber cahaya akan melewati/menembus
pembuluh darah untuk mengukur perubahan volume darah sebelum cahaya diterima
oleh fotodiode. Kelemahan pada metode ini yaitu terbatasnya area yang dapat
diukur, hanya pada bagian jari tangan, jari kaki, hidung, pipi, lidah dan daun telinga
saja yang dapat diukur [25].
2.6.2 Metode Reflectance
Sedangkan pada metode reflectance dilakukan dengan cara meletakkan jari
di atas sumber cahaya dan fotodiode dengan posisi sejajar. Sumber cahaya akan
melalui pembuluh darah dan dipantulkan dari jaringan, tulang dan pembuluh darah
menuju fotodiode. Metode ini dapat diaplikasikan pada bagian kulit tubuh mana
saja yang terdapat pembuluh darah [25].
(a) (b)
Gambar 2. 6 Metode PPG (a) Transmittance (b) Reflectance [23]
Nilai kadar oksigen dalam darah (SpO2) dihasilkan dari perbandingan
antara jumlah nilai haemoglobin yang mengandung oksigen (HbO2) dengan total
jumlah nilai haemoglobin (Hb) pada arteri [26]. Berikut merupakan
perbandingannya:
𝑆𝑝𝑂2 =[𝐻𝑏𝑂2]
[𝐻𝑏𝑂2]+[𝐻𝑏] (5)
17
Jumlah perbedaan penyerapan antara LED merah dan infrared
dilambangkan dengan Rasio (R). Berikut merupakan rumus untuk menghitung
Rasio (R):
𝑅 =𝐴𝑎𝑐 𝑅 𝐴𝑑𝑐 𝑅⁄
𝐴𝑎𝑐 𝐼𝑅 𝐴𝑑𝑐 𝐼𝑅⁄ (6)
Persamaan linier dari SPO2 adalah sebagai berikut [27]:
𝑆𝑃𝑂2 = 110 − 25𝑅 (7)
2.7 Sensor MAX30100
Sensor MAX30100 adalah pulse sensor yang terintegrasi dan digunakan
untuk memonitoring SpO2 dan denyut jantung secara non-invasive [28]. Sensor
MAX30100 terdiri dari dua Light Emiting Dioda (LED) yaitu LED merah dan
infrared serta sebuah photodetektor dengan pemerosesan sinyal analog noise rendah
[29].
2.7.1 LED
Light emiting diode (LED) merupakan perangkat keras yang bersifat
semikonduktor yang dapat merubah energy listrik menjadi cahaya. LED sudah
banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari karena pemakaiannya yang mudah
dan tidak memakan banyak energy listrik [30].
2.7.2 Infrared
Infrared merupakan salah satu jenis dari LED. Infrared memancarkan
cahaya gelombang elektromagnetik yang dimana intensitas cahayanya berada di
18
bawah cahaya tampak, inilah yang menyebabkan cahaya infrared tidak terlihat oleh
mata [31].
2.7.3 Photodioda
Photodioda adalah sebuah sensor cahaya yang outputnya berupa tegangan
dan arus listrik. Photodioda bersifat photo conductive, dimana saat menerima
intensitas cahaya akan langsung merubah konduktansi dari terminal sensor tersebut
[32].
Saat mengukur detak jantung hanya LED merah yang diaktifkan, sedangkan
saat mengukur oksigen dalam darah, LED merah dan Infrared diaktifkan. Sensor
ini memiliki filter low pass yang terintegrasi yang berguna untuk mengurangi noise.
Sensor MAX30100 merupakan perangkat yang terintegrasi menggunakan serial
komunikasi I2C [33].
Darah yang mengandung oksigen akan menyerap panjang gelombang yang
dihasilkan oleh infrared yaitu sebesar 900 nm sedangkan darah yang tidak
mengandung oksigen akan menyerap panjang gelombang yang dihasilkan oleh
LED merah yaitu sebesar 650 nm. Sensor ini menggunakan metode PPG
reflectance, dimana letak dari LED merah, infrared dan fotodiode diletakkan satu
baris seperti pada gambar [34].
19
Gambar 2. 7 Cara Kerja Sensor MAX30100 [34]
Dari gambar di atas dapat dilihat ilustrasi prinsip kerja dari sensor
MAX30100. Cahaya dari LED merah hanya menyerap hemoglobin saja sedangkan
cahaya dari infrared akan menyerap hemoglobin yang mengandung oksigen.
Perbedaan penyerapan ini menjadi acuan untuk menentukan saturasi oksigen.
Sensor MAX30100 hanya membutuhkan tegangan sebesar ±3,3V (max 5v)
dan arus sebesar 0,7μA untuk pengoperasiannya. Dalam aplikasi kehidupan sehari-
hari, sensor MAX30100 dapat digunakan untuk membantu monitoring keadaan
tubuh saat olahraga dan membantu dokter dalam monitoring tubuh pasien sebelum
mendiagnosa penyakit.
Gambar 2. 8 Sensor MAX30100 [35]
20
Berikut merupakan fungsi dari masing-masing pin sensor MAX30100:
Tabel 2. 3 Fungsi Pin Sensor MAX30100
VIN Input power supply (3,3 V)
SCL I2C clock input
SDN I2C clock data (open drain)
INT Analog input
IRD Infrared driver
RD LED red driver
GND Ground
2.8 Pulse Oximeter
Pulse oximeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur saturasi oksigen
dalam darah dan detak jantung per menit tanpa memasukkan alat apa-pun ke dalam
tubuh (non-invasive). Pulse oximeter biasanya digunakan untuk pasien yang
mengalami under anesthesia, neonates (bayi yang baru lahir), dan pasien yang
mengalami kondisi buruk (critically) [36]. Cara kerja pulse oximeter adalah dengan
memanfaatkan sifat dari haemoglobin yang dapat menyerap sinar infra merah.
Sumber cahaya infrared dan cahaya merah akan ditembakkan melalui jari dan
ditangkap oleh sensor cahaya. Pada saat melewati jari, cahaya infrared akan diserap
oleh haemoglobin yang tentu saja tidak semua gelombang cahaya diserap oleh
haemoglobin. Sisa dari gelombang cahaya infrared akan menembus dan terdeteksi
oleh sensor cahaya yang mana hasilnya akan dikurangi oleh gelombang cahaya
merah. Selanjutnya nilai output dari sensor cahaya akan diproses oleh
mikroprosesor untuk dirubah dalam %SpO2.
Dalam aplikasinya sumber cahaya infrared dan cahaya merah di letakkan
berhadapan dengan sensor cahaya dan dikemas dalam satu penjepit jari yang
21
disebut probe. Penjepit jari ini bertujuan untuk mempersempit arteri untuk
mendapatkan nilai sempurna dari detak jantung permenitnya. Kelemahan dari
oximeter jenis ini yaitu ukuran jari tangan harus sesuai dengan penjepitnya untuk
hasil yang sesuai. Selain itu tidak semua bagian tubuh dapat dideteksi oleh oximeter
jenis transmittance, hanya bagian-bagian tertentu seperti ujung jari dan daun telinga
[37].
Gambar 2. 9 Oximeter Transmittance
22
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan selama 2 bulan terhitung dari 15 Juni 2019 – 31
September 2019, bertempat di gedung Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.
Alat dan Bahan
Untuk merancang alat pengukur kadar oksigen dalam darah, maka
dibutuhkan alat dan bahan untuk merancang hardware dan software. Berikut
merupakan alat dan bahan yang digunakan:
3.2.1 Perangkat Keras (Hardware)
Sensor Max30100, Arduino Nano, USB Serial Cable A/B, Resistor 4.7k Ω,
kabel male-female, Project Board, Bluetooth HC-05, Liquid Crystal
Display (LCD) 16x2, Laptop, Handphone Android, Pulse Oximeter dan
papan Arklik.
3.2.2 Perangkat Lunak (Software)
IDE Arduino dan RemoteXY
23
Tahapan Penelitian
3.3.1 Alur Penelitian
Gambar 3. 1 Flowchat Alur Penelitian
1. Tahap Persiapan
Pada tahap persiapan, peneliti menyiapkan alat dan bahan serta studi
pustaka berupa buku-buku, jurnal dan tugas akhir yang berhubungan dengan
penelitian.
24
2. Karakterisasi Sensor MAX30100 dan Modul Bluetooth HC-05
Karakterisasi sensor dilakukan dengan menguji intensitas cahaya yang
keluar dari sensor. Sedangkan untuk HC-05 dikarakterisasi dengan cara mengukur
seberapa jauh jangkauan yang dapat di jangkau oleh modul bluetooth HC-05.
3. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Tahap selanjutnya yaitu merancang perangkat keras (hardware). Pada tahap
perancangan hardware, peneliti menggabungkan beberapa perangkat keras
diantaranya sensor MAX30100, resistor 4.7k Ω, kabel male-female dan female-
female, project board, arduino Nano, arduino Nano Shield dan laptop/PC untuk
menampilkan hasil data.
4. Perancangan Perangkat Lunak (Software)
Setelah perancangan hardware selesai, selanjutnya merancang software dan
tampilan GUI pada handphone agar dapat mendapatkan data yang diinginkan.
Software yang digunakan yaitu Arduino IDE dan RemoteXY.
5. Pengujian Alat
Tahap selanjutnya yaitu menguji alat sekaligus bertujuan untuk
mengkarakteristik perangkat keras (hardware) dan pengambilan data. Karakterisasi
dilakukan pada sensor MAX30100 dan modul bluetooth HC-05. Pengujian
dilakukan bersamaan dengan alat pulse oximeter buatan pabrik agar dapat
mengetahui kesesuaian perangkat yang dirancang. Analisis yang digunakan sebagai
pengolahan data adalah dengan cara menentukan berapa nilai error yang terjadi jika
menggunakan metode reflectance.
25
6. Kesimpulan
Peneliti menarik kesimpulan setelah merancang bangun alat,
membandingkan dan menganalisis antara alat ukur saturasi oksigen yang dibuat
oleh peneliti dengan alat oximeter yang dibuat pabrik.
3.3.2 Perancangan Hardware
Alat pengukur saturasi oksigen dalam darah, dirancang menggunakan
sensor MAX30100 yang di letakkan pada sebuah ruang kecil berwarna gelap
sehingga saat pengukuran berlangsung didapat data yang maksimal dan mengurangi
noise. Desain perancangan hardware alat pengukur kadar oksigen dalam darah
dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 3. 2 Flowchart Perancangan Hardware
MAX30100 Arduino Nano HC-05 LCD 16x2
26
Gambar 3. 3 Rancangan Hardware
Keterangan:
1. Sensor MAX30100
2. Resistor 4,7k Ω
3. Arduino Nano
4. Bluetooth HC-05
5. LCD 16x2
Pada Gambar 3.3 Terdapat dua resistor yang digunakan sebagai pull-up
untuk sensor MAX30100. Selain itu, peneliti menggunakan arduino Nano Shield
untuk mempermudah dan memperbanyak jumlah pin.
3.3.3 Perancangan Software
Software yang digunakan untuk perancangan alat ukur kadar oksigen dalam
darah adalah Arduino IDE. Arduino sebagai penerima hasil pembacaan dari sensor
MAX30100, maka dari itu Arduino harus diisikan dengan program berupa source
code. Selanjutnya Arduino akan memproses hasil pembacaan dan mengeluarkan
1 2
4
3
5
27
hasil pembacaan pada LCD dan handphone Android menggunakan modul
Bluetooth HC-05. Berikut merupakan flowchart perancangan software:
Gambar 3. 4 Flowchart Perancangan Software
Sebelum memasukkan source code pada Arduino IDE, peneliti memastikan
sudah mendownload library dari sensor MAX30100 dan RemoteXY. Untuk
mengecek library dari MAX30100 dapat dilakukan dengan cara:
28
1. Membuka menu sketch pada toolbar.
2. Pilih menu include library lalu pilih manage libraries.
3. Pada kolom search masukan MAX30100 lalu enter.
Gambar 3. 5 Library Manager Arduino IDE
4. Pastikan library MAX30100 sudah terinstal.
5. Lakukan cara yang sama untuk menginstal library RemoteXY.
Metode Pengambilan Data
Metode yang digunakan untuk pengambilan data adalah dengan cara
melakukan percobaan pada beberapa relawan laki-laki dan perempuan dengan
jenjang umur 7-12 tahun dan umur 13-25 tahun. Data diambil dengan cara menaruh
ujung jari telunjuk pada sensor dan dilakukan selama 10 detik lamanya. Pengukuran
dilakukan dengan dua metode yaitu metode PPG Reflectance dan metode PPG
Transmittance.
29
Metode Pengolahan Data
Data yang diperoleh akan diolah menggunakan metode regresi linier dan
standar deviasi. Metode perhitungan regresi linier digunakan agar dapat
memperediksi nilai error yang terjadi jika dilakukan pengukuran selanjutnya.
Berikut merupakan rumus regresi linier dan standar deviasi:
𝑠2 =∑ 𝑥𝑦2−
(∑ 𝑥𝑦𝑘𝑖=1 )
2
𝑛𝑘𝑖=1
𝑛−1 (8)
𝑠 = √𝑠2 (9)
Rumus nilai keakuratan dari alat ukur yang dirancang dengan oximeter yang
sudah ada adalah:
𝑋 = |𝑋𝑆𝑝𝑂2
𝑋𝑂𝑥𝑖| 𝑥100% (10)
X = Persentase perbandingan dari kedua alat ukur
XSpO2 = Rata-rata dari alat saturasi oksigen yang dibuat
XOxi = Rata-rata dari alat oximeter
30
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Alat ukur saturasi oksigen dalam darah bertujuan untuk mengukur jumlah
oksigen dalam darah seseorang. Setelah mengukur saturasi oksigen dalam darah,
alat akan mendiagnosa penggunanya apakah normal atau tidak normal jumlah
oksigen dalam darah.
Dalam perancangan alat ukur saturasi oksigen dalam darah, peneliti
melakukan dua tahap perancangan yaitu hardware dan software. Berikut
merupakan hasil perancangan hardware dan software:
4.1 Perancangan Hardware
Hasil perancangan hardware pada penelitian ini meliputi perancangan alat
ukur saturasi oksigen dalam darah dengan keluaran yang didapatkan berupa nilai
detak jantung per menit (BPM) dan kadar saturasi oksigen dengan satuan persen
(%). Alat ukur saturasi oksigen terdiri dari beberapa komponen yaitu sensor
MAX30100, arduino Nano, HC-05, kabel jumper female to female.
(a)
(b)
Gambar 4. 1 Tampilan Awal Alat Pengukur Saturasi Oksigen dengan (a) Tampak
Luar dan (b) Tampak Dalam
31
Berikut merupakan deskripsi hasil perancangan hardware:
Tabel 4. 1 Deskripsi Alat Ukur Saturasi Oksigen yang dibuat
Dimensi (panjang x lebar x tinggi)
15,42 cm x 11,41 cm x 4.07 cm
Berat 210 gram
Material Filament PLA (Polylactid Acid)
Display Layar HP dan LCD
Operating
Characteristic
Jangkauan Sensor : 0 cm
Input Volt : 3,3 Volt
Waktu Respon : 5s
PC Connection USB Cable Type Mini
Pada Gambar 4.1 dapat dilihat pada kotak alat ukur saturasi oksigen dapat
dibuka pada bagian atas kotak. Ini berfungsi untuk memudahkan pengecekan atau
jika terjadi masalah pada alat dapat ditangani dengan mudah. Pada bagian atas kotak
terdapat sebuah lubang kecil yang berguna sebagai tempat memasukkan jari yang
akan diukur. Tempat untuk memasukkan jari didesain berwarna gelap berfungsi
untuk mengurangi intensitas cahaya yang masuk dari luar sehingga dapat
mengurangi noise saat pengukuran. Pada arduino nano digunakan perangkat
bantuan berupa arduino shield, ini berguna untuk memperbanyak pin pada arduino
nano. Pada salah satu sisi kotak terdapat port usb type mini yang berguna sebagai
power supply sekaligus sebagai media komunikasi antara laptop dengan arduino.
Sensor MAX30100 menggunakan serial komunikasi I2C yang merupakan
serial komunikasi open drain, dimana saat sinyal low maka menghasilkan nol volt
dan saat sinyal high maka sinyal akan floating. Untuk dapat membaca hasil output
dari sensor, maka diperlukan resistor sebagai pull-up pada pin SDA dan SCL.
Resistor yang digunakan untul mempull-up yaitu sebesar 4,7k Ω. Selain sensor,
32
peneliti juga menggunakan serial komunikasi I2C pada lcd untuk mengurangi
jumlah kabel jumper yang digunakan.
4.2 Perancangan Software
Perancangan software pada alat pengukur saturasi oksigen menggunakan
aplikasi Arduino IDE pada laptop dan RemoteXY pada handphone. Berikut
merupakan source code pada Arduino IDE:
33
Gambar 4. 2 Source Code pada Arduino IDE
Setelah menginput source code pada Arduino IDE, langkah selanjutnya
yaitu membuat tampilan Guide User Interface (GUI) pada HP menggunakan laptop.
Berikut merupakan hasil desain GUI pada HP yang dibuat:
Gambar 4. 3 Hasil GUI Pada HP
34
Pada gambar 4.3 dapat dilihat bahwa nilai SPO2 ditunjukan oleh angka,
sedangkan pada sisi kiri layar merupakan grafik antara SPO2 dan BPM. Setiap
desain yang dibuat menggunakan source code yang berbeda-beda. Source code
RemoteXY didapat setelah menyelasaikan desain GUI dengan menekan Get Source
Code. Setelah mendapatkan source code RemoteXY tahap selanjutnya yaitu
memasukkan source code untuk sensor, lcd dan bluetooth.
4.3 Hasil Pengujian Karakteristik Alat Ukur Saturasi Oksigen
Karakteristik perangkat keras dilakukan pada sensor MAX30100 dan modul
bluetooth HC-05. Pengujian bertujuan untuk menentukan nilai-nilai batasan yang
dapat dicangkup oleh masing-masing perangkat keras.
4.3.1 Pengujian Sensor MAX30100
Pengujian karakteristik sensor MAX30100 dilakukan agar dapat
mengetahui nilai awal intensitas cahaya sebelum diujikan ke ujung jari tangan.
Pengujian dilakukan menggunakan sensor LDR untuk membaca nilai intensitas
cahayanya. Intensitas yang terukur akan langsung dikonversi menggunakan rumus
ADC sehingga satuannya menjadi lux. Berikut merupakan hasil dari karakteristik
sensor MAX30100.
Tabel 4. 2 Hasil Karakterisasi Sensor MAX30100
Waktu (s) Intensitas Cahaya Sensor yang Dipancarkan (Lux)
1 118,98
2 178,57
3 117,32
4 174,56
5 115,16
35
Pada tabel 4.2 Dapat dilihat bahwa karakteristik LED merah dan infrared
memiliki range 115,16 Lux sampai 178,57 Lux yang intensitasnya berfluktuasi.
Fluktasi diakibatkan oleh dua panjang gelombang yang berbeda dipancarkan pada
waktu yang sama.
4.3.2 Pengujian Modul HC-05
Pengujian Modul HC-05 dilakukan dengan cara mengukur jarak maksimal
yang dapat di jangkau serta keakuratan data yang diterima. Pengujian dilakukan
dengan cara mencoba alat dan menjauhkan perangkat HP dengan jarak tertentu.
Pengujian bertempat di lapangan sehingga tidak terhalang apapun. Berikut
merupakan hasil pengukuran dengan jarak tertentu.
Tabel 4. 3 Hasil Karakterisasi Alat Ukur Terhadap Posisi/Jarak
Jarak (m)
Hasil Pengukuran
Handphone LCD
SpO2 (%) BPM SpO2 (%) BPM
25 94 58 94 58
50 95 69 95 69
75 94 73 94 73
100 94 72 94 72
125 95 68 95 68
140 94 64 94 64
141 0 0 94 67
Dari hasil karakteristik modul bluetooth HC-05 yang digunakan dapat
ditentukan hasil bahwa jangkauan maksimal bluetooth adalah sejauh ±140 m tanpa
adanya halangan. Selain itu, selama modul bluetooth HC-05 masih dapat terhubung
dengan HP maka data yang keluar pada HP akan selalu sama dengan LCD.
36
4.4 Hasil Pengujian Alat Pengukur Saturasi Oksigen
Pengujian dilakukan pada beberapa orang dengan rentang umur yang
berbeda, yaitu umur 22 tahun, 23 tahun, 7 tahun dan 8 tahun. Pengujian ini bertujuan
untuk membandingkan alat pengukur saturasi oksigen buatan yang menggunakan
metode PPG reflectance dengan alat oximeter yang menggunakan metode PPG
transmittance. Berikut merupakan hasil pengolahan data yang dilakukan
menggunakan alat yang dibuat dengan alat yang sudah ada.
Tabel 4. 4 Pengolahan Data Alat yang dibuat dengan Alat Oximeter
Jenis
Kelamin/Umur
Reflectance Transmittance
SpO2 Standar
Deviasi Ketelitian SpO2
Standar
Deviasi Ketelitian
Laki-laki/22
Tahun 96 0 100 % 96,6 0,699 99,3 %
Perempuan/23
Tahun 96,8 0,422 99,58% 91,2 0,919 99,08 %
Perempuan/8
Tahun 95,9 0,316 99,68% 98,5 0,527 99,47%
Perempuan/7
Tahun 95 0,943 99,06% 79 3,162 96,84%
Keakuratan 95,2 %
(a) Pengolahan Data SpO2
Jenis
Kelamin/Umur
Reflectance Transmittance
BPM Standar
Deviasi Ketelitian BPM
Standar
Deviasi Ketelitian
Laki-laki/22
Tahun 53,6 1,075 98,92% 57,9 0,568 99,43%
Perempuan/23
Tahun 71,3 3,529 96,47% 72,7 0,949 99,05%
Perempuan/8
Tahun 93,8 12,426 87,57% 121,4 0,699 99,3%
Perempuan/7
Tahun 89,7 14,469 85,53% 76,8 9,886 90,11%
Keakuratan 93,8 %
(b) Pengolahan Data BPM
Dari tabel 4.4 (a) dapat diketahui bahwa nilai SpO2 cenderung lebih stabil
dibandingkan nilai BPM. Ketidak stabilan nilai BPM dikarenakan jantung terus
memompa darah dalam tubuh sehingga membuat darah terus bergerak. Pergerakan
37
darah dalam tubuh bersifat acak dan cepat sehingga menyebabkan gelombang
infrared menjadi tidak stabil.
Normalnya, nilai saturasi oksigen besarnya di atas 90%. Maka dari itu, pada
pengukuran menggunakan metode PPG Transmittance terdapat noise saat
pengukuran relawan anak perempuan (7 tahun) yang menyebabkan nilai tidak
sesuai dengan nilai normalnya. Noise ini terjadi karena pada jari anak perempuan
(7 tahun) terlalu kecil sehingga adanya gelombang cahaya dari LED merah tidak
dapat menembus jaringan pada jari sepenuhnya sehingga membuat gelombang
cahaya LED merah tidak tertangkap oleh photodiode. Berdasarkan hasil
pengamatan, gelombang yang dipancarkan secara reflectance lebih baik dari pada
gelombang yang dipancarkan secara transmittance karena jika sebuah gelombang
cahaya dipantulkan maka akan terjadi penguatan gelombang.
Nilai keakuratan didapat dengan cara membandingkan hasil pengukuran
rata-rata nilai SpO2 dan BPM alat saturasi oksigen dibuat dengan hasil pengukuran
rata-rata nilai SpO2 dan BPM alat oximeter buatan pabrik. Dari hasil perhitungan
nilai keakuratan pada pengukuran SpO2 sebesar 95,2%, sedangkan pada
pengukuran BPM nilai keakuratannya yaitu 93,8%.
38
(a)
(b)
(c)
95
95,5
96
96,5
97
97,5
98
98,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
SpO
2
Waktu (s)
Reflectance Transmittance
84
86
88
90
92
94
96
98
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
SpO
2
Waktu (s)
Reflectance Transmittance
93
94
95
96
97
98
99
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
SpO
2
Waktu (s)
Reflectance Transmittance
39
(d)
Gambar 4. 4 Grafik Perbandingan SpO2 pada (a) Laki-laki 22 Tahun (b)
Perempuan 23 Tahun (c) Perempuan 8 Tahun (d) Perempuan 7 Tahun
Dari gambar 4.4 Dapat dilihat hasil pengukuran saturasi oksigen
menggunakan metode PPG Reflectance lebih stabil dibandingnkan dengan metode
PPG Transimittance. Respon waktu rata-rata atau perubahan pada pengukuran
SpO2 metode reflectance terjadi pada detik ke-5. Meskipun berbeda tetapi masih
menunjukan hasil yang sama.
(a)
0
20
40
60
80
100
120
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
SpO
2
Waktu (s)
Reflectance Transmittance
50
52
54
56
58
60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
BP
M
WaktuReflectance Transmitance
40
(b)
(c)
(d)
Gambar 4. 5 Grafik Perbandingan BPM pada (a) Laki-laki 22 Tahun (b)
Perempuan 23 Tahun (c) Perempuan 8 Tahun (d) Perempuan 7 Tahun
55
60
65
70
75
80
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
BP
M
Waktu
Reflectance Transmitance
0
20
40
60
80
100
120
140
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
BP
M
Waktu
Reflectance Transmitance
0
20
40
60
80
100
120
140
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
BP
M
Waktu
Reflectance Transmitance
41
Dari gambar 4.5 dapat dilihat hasil grafik menunjukan perbedaan yang tidak
terlalu signifikan pada pengukuran BPM. Grafik dari metode transmittance
cenderung lebih stabil dibandingkan dengan metode reflectance, karena pada
metode transmittance memiliki tingkat akurasi yang lebih tinggi dalam mengukur
BPM. Ketidakstabilan ini dikarenakan saat mengukur BPM sensor hanya
menggunakan LED merah sebagai pengukurnya, sedangkan sensor tersebut sudah
diseting untuk mengukur LED dan infrared. Walaupun nilainya sedikit berbeda,
namun menunjukan informasi yang sama.
42
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan alat saturasi oksigen yang telah dirancang dan bangun, maka
dapat ditarik kerimpulan sebagai berikut:
1. Telah berhasil merancang dan membangun alat pengukur saturasi oksigen
(SpO2) portable dengan menggunakan metode Photopletysmograph (PPG)
Reflectance dengan waktu respon sebesar 5 detik, ketelitian pengukuran
rata-rata di atas 96 % berdasarkan alat oximeter yang sudah ada dan
keakuratan sebesar 95,2 % serta dapat dimonitoring menggunakan bluetooth
dengan jangkauan maksimal sejauh 140 meter.
2. Hasil karakterisasi sensor MAX30100 mempunyai intensitas cahaya yang
dipancarkan dengan range sebesar 115 Lux sampai 178 Lux.
3. Hasil pengukuran saturasi oksigen (SpO2) pada metode reflectance lebih
stabil dibandingkan dengan metode transmittance, sedangkan hasil
pengukuran BPM pada metode transmittance jauh lebih stabil dibandingkan
dengan metode reflectance, namun masing-masing metode memiliki
kelemahan yang sama yaitu tidak dapat mengukur jari yang ukurannya kecil
seperti pada pengukuran anak 7 tahun.
43
5.2 Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dibuat, maka disarankan untuk peneliti
selanjutnya agar dapat mengembangkan alat pengukur saturasi oksigen yaitu
sebagai berikut:
1. Menggunakan modul wifi sehingga hasil dari pengukuran dapat dilihat
menggunakan lebih dari satu perangkat.
2. Fitur-fitur lain seperti buzzer dan lampu LED sebagai indikator jika ada
ketidak normalan pengukuran dapat ditambahkan sehingga alat lebih
menarik.
3. Menggunakan papan PCB untuk mengurangi derau/noise yang diakibatkan
oleh kabel jumper.
4. Mengurangi keterbatasan alat yang sebelumnya hanya dapat mengukur
saturasi melalui jari menjadi dapat mengukur pada anggota tubuh lain.
44
LAMPIRAN
Data Hasil Pengukuran
Jenis
Kelamin/Umur
Waktu
(s)
Reflectance Tranmittance
SpO2 (%) BPM SpO2 (%) BPM
Laki-laki / 22
Tahun
1 96 55 96 59
2 96 56 96 58
3 96 53 96 58
4 96 53 96 58
5 96 53 96 58
6 96 53 97 58
7 96 53 97 58
8 96 53 97 58
9 96 53 97 57
10 96 54 98 57
Perempuan / 23
Tahun
1 97 75 89 73
2 97 71 91 73
3 97 74 91 74
4 97 72 91 74
5 97 63 91 72
6 96 68 91 72
7 96 74 92 73
8 97 73 92 73
9 97 72 92 72
10 97 71 92 71
Perempuan / 8
Tahun
1 95 117 98 122
2 96 100 98 122
3 96 97 98 121
4 96 80 98 121
5 96 72 99 121
6 96 97 99 121
45
7 96 97 99 121
8 96 97 99 121
9 96 97 99 121
10 96 84 98 123
Perempuan / 7
Tahun
1 96 72 88 88
2 96 84 78 88
3 96 87 78 87
4 94 125 78 87
5 93 86 78 74
6 95 89 78 74
7 95 100 78 69
8 95 77 78 69
9 95 89 78 61
10 95 88 78 71
46
Source code sensor MAX30100
47
Source Code RemoteXY
48
RemoteXY Editor
49
Datasheet Sensor Max30100
50
51
52
53
Dokumentasi
Transmittance
Laki-laki 22 Tahun
Perempuan 8 Tahun
Perempuan 23 Tahun
Perempuan 7 Tahun
54
Reflectance
Laki-laki 22 Tahun
Perempuan 23 Tahun
55
Perempuan 8 Tahun
Perempuan 7 Tahun
56
DAFTAR PUSTAKA
[1] U. Salamah and K. Oksigen, “RANCANG BANGUN PULSE
OXIMETRY MENGGUNAKAN ARDUINO SEBAGAI I .
PENDAHULUAN Salah satu organ terpenting dalam tubuh manusia adalah
darah . Darah merupakan sistem transportasi tubuh yang membawa zat- zat
yang dibutuhkan oleh tubuh dan mengedarkannya ke selur,” vol. 06, no. 02,
2016.
[2] F. Teknik and U. T. Madura, “Rancang Bangun Metode OTSU Untuk
Deteksi Hemoglobin,” pp. 106–110.
[3] O. S. Non-invasive and P. Y. Mallo, “Rancang Bangun Alat Ukur Kadar
Hemoglobin dan Oksigen Dalam Darah dengan Sensor,” no. 1.
[4] L. A. H. W. Endah, Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran. Jakarta:
Lembaga Penelelitian UIN Syarif Hidayatullah Jakarta, 2010.
[5] S. Khairunnisa, I. D. Gede, H. Wisana, I. Priyambada, C. Nugraha, and J.
T. Elektromedik, “RANCANG BANGUN PULSE OXIMETER
BERBASIS IOT ( INTERNET OF THINGS ),” 2014.
[6] A. F. T. Sanga and D. Jantung, “PERANCANGAN SISTEM PENGUKUR
DETAK JANTUNG.”
[7] F. Rozie, F. Hadary, F. T. P. W, D. Nadi, B. Berdasarkan, and P. Terkait,
“Jumlah Denyut Nadi / Jantung Berbasis Android,” Tek. Electro, vol. 1, pp.
1–10, 2014.
[8] A. Dimas et al., “Perancangan Pengendali Rumah menggunakan
57
Smartphone Android dengan Konektivitas Bluetooth,” vol. 1, no. 5, pp.
415–425, 2017.
[9] U. N. Yogyakarta, “AUTOMATIC WARNING SYSTEM SMARTTRASH
( AWASSH ) PENDAHULUAN Seiring dengan perkembangan zaman dan
teknologi kebutuhan informasi yang cepat sangat di butuhkan dalam
berbagai sektor kehidupan , sehingga menunjang kinerja salah yaitu
mempunyai tutup dan sebai,” vol. 1, no. 13507134001, pp. 1–8.
[10] E. D. Marindani and B. W. Sanjaya, “Rancang Bangun Sistem Peringatan
Dini Dan Pelacakan Pada Kendaraan Sepeda Motor Dengan Menggunakan
Mikrokontroler Arduino Nano,” pp. 1–11, 2014.
[11] https://www.ev3dm.com/product/arduino-nano-v3-0/, “Arduino Nano,”
2019. .
[12] https://www.arduino.cc/, “arduino IDE.” [Online]. Available:
https://www.arduino.cc/.
[13] A. Cotta, “HC-05 BLUETOOTH MODULE INTERFACED WITH
ARDUINO,” vol. 5, no. 4, pp. 869–872, 2016.
[14] A. Zainuri, U. Wibawa, and E. Maulana, “Implementasi Bluetooth HC – 05
untuk Memperbarui Informasi Pada Perangkat Running Text Berbasis
Android,” vol. 9, no. 2, pp. 163–167, 2015.
[15] R. Rumimper, S. R. U. A. Sompie, and D. J. Mamahit, “Rancang Bangun
Alat Pengontrol Lampu Dengan Bluetooth Berbasis Android,” E-Journal
Tek. Elektro Dan Komput., vol. 5, no. 3, pp. 24–33, 2016.
[16] Http://remotexy.com/en/help/, “RemoteXY.” [Online]. Available:
58
http://remotexy.com/en/help/. [Accessed: 08-Sep-2019].
[17] E. Simonson, “Photoelectric plethysmography; methods, normal standards,
and clinical application,” Geriatrics, vol. 11, no. 10, p. 425, 1956.
[18] et al. E. Simonson, S. Koff, A. Keys, “Contour of the toe pulse, reactive
hyperemia, and pulse transmission velocity: group and repeat variability,
effect of age, exercise, and disease,” Am. Heart J., vol. 50, no. 2, pp. 260–
279, 1955.
[19] A. V. J. Challoner, “Photoelectric plethysmography for estimating
cutaneous blood flow,” Non-Invasive Physiol. Meas., vol. 1, pp. 125–151,
1979.
[20] P. Jon H. Hardesty, PhD and Bassam Attili, “Spectrophotometry and the
Beer-Lambert Law: An Important Analytical Technique in Chemistry,” pp.
1–6, 2010.
[21] S. Hadiyoso, A. Rizal, and R. Magdalena, “MONITORING
PHOTOPLETHYSMOGRAPH DIGITAL DENGAN WIRELESS LAN
( 802 . 11b ),” Konf. Nas. Sist. dan Inform. 2011, vol. 1, pp. 89–93, 2011.
[22] K. Pengguna, D. A. N. P. Kecelakaan, B. B. Bimantoro, and A. Triwiyatno,
“Kursi roda elektrik dengan sistem pemantauan kesehatan pengguna,
lokasi, dan pendeteksi kecelakaan berbasis iot,” vol. 8, no. 2, pp. 119–127,
2019.
[23] T. Y. A. P. A. Kyriacou, “Photoplethysmography for blood volumes and
oxygenation changes during intermittent vascular occlusions,” J. Clin.
Monit. Comput., vol. 32, no. 3, pp. 447–455, 2018.
59
[24] S. Bagha and L. Shaw, “A Real Time Analysis of PPG Signal for
Measurement of SpO 2 and Pulse Rate,” no. May, 2014.
[25] T. Tamura, Y. Maeda, M. Sekine, and M. Yoshida, “Wearable
Photoplethysmographic Sensors—Past and Present,” pp. 282–302, 2014.
[26] S. Wendelken and Y. M. Akay, “USING A FOREHEAD REFLECTANCE
PULSE OXIMETER TO DETECT CHANGES IN SYMPATHETIC
TONE by Examining Committee : Susan P . McGrath , Ph . D .,” no.
August 2015, 2004.
[27] G. Hariyanto, W. R. K, and F. C. S. A, “Rancang Bangun Oksimeter
Digital Berbasis Mikrokontroler.”
[28] R. Patel, R. Dubey, S. Mishra, and S. K. Bharti, “Tele-Monitoring Device
for Cardiorespiration Activity,” pp. 282–287, 2018.
[29] D. Bagus, S. Budi, R. Maulana, and H. Fitriyah, “Sistem Deteksi Gejala
Hipoksia Berdasarkan Saturasi Oksigen dan Detak Jantung Menggunakan
Metode Fuzzy Berbasis Arduino,” vol. 3, no. 2, pp. 1925–1933, 2019.
[30] J. T. Elektro, F. Teknik, and U. M. Malang, “PROTOTIPE CONTROLLER
LAMPU PENERANGAN LED ( LIGHT EMITTING DIODE )
INDEPENDENT BERTENAGA SURYA Prototype Lamp Lighting
Controller LED ( Light Emitting Diode ) Independent Solar Jika kita
perhatikan cadangan energi dari bahan minyak bumi di Indonesia diper,”
no. September, pp. 116–122, 2014.
[31] A. Pada, S. Operasi, and W. Xp, “1 , 2 , 3,” vol. 9, no. 1, 2013.
[32] R. Yanuardhi, D. Soegiarto, and A. Sularsa, “RANCANG BANGUN
60
PULSE OXIMETRY DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 16,” vol. 2, no. 1, pp. 332–338, 2016.
[33] S. Chavan, P. Gadekar, M. Patil, S. P. Tondare, and S. P. Gaikwad, “Solar
Powered Non-Invasive Pulse Oximeter and Heart Rate Meter,” pp. 5279–
5285, 2018.
[34] C. P. Oximeter and H. Sensor, “Pulse Oximeter and Heart-Rate Sensor IC
for Wearable Health Beneits and Features MAX30100 Pulse Oximeter and
Heart-Rate Sensor IC for Wearable Health Absolute Maximum Ratings
Supply Current in Shutdown,” pp. 1–30.
[35] Https://www.makerfabs.com/max30100-pulse-oximeter-spo2-and-heart-
rate-sensor-module.html, “sensor oximeter MAX30100.” .
[36] D. S. Subhagya and C. Keshavamurthy, “Challenges Faced in Extracting
Raw SpO2 Sensor Data,” vol. 7, pp. 1030–1032, 2018.
[37] Https://id.wikihow.com/Mengukur-Kepekatan-Oksigen-Menggunakan-
Pulse-Oximeter, “Cara Mengukur Kepekatan Oksigen Menggunakan Pulse
Oximeter.” .