Dyah Wulan Putr i Pr adani*1, Welina Ratnayanti K2, Tr i Anggono Pr ijo3
1,2,3Program Studi Teknobiomedik fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga Jalan Mulyorejo Surabaya 60115
Email : dyahwulan18@gmail.com
Abstr ak
Telah dilakukan penelitian yang bertujuan medapatkan hubungan tegangan, arus dan daya keluaran laser serta mendapatkan kestabilan da ya kelua ran laser dan ketepatan energi pada perangkat laserpunktur. Pembuatan perangkat laserpunktur ini laserpunktur ini terdiri dari laser diode dengan panjang gelombang 650 nm dan da ya keluaran laser maksimal 20 mW, rangkaian power supply, rangkaian LCD, rangkaian push button, rangkaia n driver transistor. Beberapa rangkaian tersebut digunakan untuk sebuah system yang bekerja secara otomatis berbasis mikrokontroler. Terdapat beberapa piliha n energi untuk terapi pada perangkat ini yang dapat di set sesuai dengan kebutuhan yaitu 0,1 Joule, 0,5 Joule, 1 Joule dan 1,5 Joule. Data yang diperoleh dari penelitian diperoleh hubungan tegangan, arus dan da ya keluaran. Diperoleh kestabilan da ya yang cukup baik dan diperoleh ketepatan energi dengan keakuratan 98 %, 98,6%, 99 % dan 99,33 % masing-masing berurutan pada setiap pilihan energi.
Kata kunci : Laserpunktur, terapi laser, laser dioda, terapi otomatis PENDAHULUAN
Kegunaan laser dalam bidang terapi ini digolongkan pada jenis terapi laser berdaya rendah atau
disebut dengan Low Level Laser Therapy (LLLT)[11].
Pada tahun 1970an, laser akupunktur klinis mulai ditetapkan. Studi yang dilakukan di Uni Soviet tersebut dilaporkan sukses pada terapi hipertensi dan asma. Laser
ini dikenal dengan sebutan Laserpunktur[19].
Laserpunktur merupakan teknik pemberian stimulasi pada titik akupunktur dengan menggunakan laser. Stimulasi yang dihasilkan oleh cahaya ini dapat merangsang perbaikan jaringan pada titik akupunktur. Terapi laser bekerja berdasarkan prinsip untuk merangsang sistem sel melalui transfer energi di dalam sel. Perubahan intensitas atau daya laser akan
berpengaruh pada proses stimulasi pada titik
akupunktur[1],[2]
.
Beberapa penelitian mengenai laserpunktur yaitu penelitian Fajarina, 2008 untuk mengetahui efektivitas terapi laserpunktur dengan variasi daya dan waktu dengan energi yang sama pada hewan coba
mencit untuk memperbaiki sel beta pancreas[10].
Kemudian Ningtyas, 2009 meneliti tentang pengaruh radiasi laser Hellium Neon pada titik akupunktur Chung Wan dan Cu San Lie terhadap penurunan berat badan
kelinci[6]. Dan rancang bangun portable laserpunktur
yang dilakukan oleh Supardi,A, dkk 2000[14]. Penelitian
tersebut menjadi sumber kajian untuk melakukan rancang bangun perangkat akupunktur laser sebagai pengganti jarum akupunktur tradisional, sehingga memudahkan pasien yang takut akan jarum.
Peneliti mencoba untuk melakukan rancang bangun sistem instrumentasi menggunakan laser dioda dengan judul Rancang Bangun Sistem Pengendali Daya dan Waktu Pada Laser Dioda Sebagai Aplikasi Laserpunktur Secara Otomatis. Dalam penelitian ini dirancang suatu sistem pengendali daya keluaran laser yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Penetapan beberapa macam energi paparan dapat ditentukan dengan sebuah nilai tertentu pada tombol. Dengan menekan tombol setting energi dapat ditentukan proses
on off otomatis menggunakan mikrokontroler. Hasil akhir dari penelitian ini mengharapkan sebuah keluaran yang stabil dengan pengaturan daya sesuai kebutuhan penggunaan dan nilai kesalahan yang ditimbulkan kecil sehingga menunjukkan kinerja alat yang bekerja dengan baik.
METODE PENELITIAN Perancangan Hardware
Tujuan dari penelitian ini adalah dapat menghasilkan sebuah perangkat laserpunktur yang daya keluaran dapat diatur berdasarkan tegangan yang berubah dan energi terapi dapat diatur pada tombol yang berjalan secara otomatis berbasis mikrokontroler. Langkah awal yaitu perancangan dan pembuatan power supply untuk pembangkit laser dioda yang disesuaikan dengan spesifikasi dari laser dioda yang digunakan. Langkah selanjutnya yaitu perancangan dan pembuatan rangkaian pembagi tegangan. Rangkaian ini berfungsi sebagai pemberi tegangan variabel artinya tegangan dapat diatur sesuai dengan keinginan. Kemudian terdapat sebuah mikrokontroler untuk mengatur dan mengolah data dengan menggunakan program yang dibuat. Dari mikrokontroler ini dapat ditambahkan LCD
(Liquid Cristal Display) untuk menampilkan
pengolahan data yang diinginkan.Sebelum masuk mikrokontroler kita dapat menggunakan ADC untuk mengonversi data analog ke bentuk digital. Kemudian merancang driver transistor yang berfungsi sebagai saklar untuk menyalakan dan mematikan laser diode. Dari uraian diatas dapat diperoleh diagram blok seperti pada Gambar 1 menunjukkan keseluruhan sistem yang akan dirancang pada penelitian ini.
Perancangan Software
Pada penelitian ini mengatur sistem
instrumentasi laser diode supaya keluaran yang diinginkan adalah daya keluaran laser yang bisa berubah dan waktu paparan yang menentukan on off secara otomatis. Dapat dijelaskan bahwa pertama yang harus dilakukan adalah inisialisasi input dari ADC yaitu tegangan, potensio, button, dan bit. Kemudian inisialisasi output yaitu driver transistor. Proses konversi dilakukan oleh ADC yaitu mengubah tegangan menjadi data digital menurut bit yang digunakan. Setelah itu data diolah untuk menuju sistem laser agar bit ekuivalen dengan daya keluaran optik. Selanjutnya penetapan energi sebagai nilai setting dengan memasukkan rumus
� = �� . ∆�. Dengan didapat tegangan sebanding dengan daya keluaran laser maka pengaturan energi dapat dikondisikan sehingga daya keluaran dapat bervariasi. Apabila sudah terpenuhi maka sistem laser akan mati otomatis dan apabila belum terpenuhi sistem akan mengulang sampai terpenuhi.
Tahap Pengujian
Pada tahap ini dilakukan pengujian hardware, pengujian software dan pengujian keefektivitasan perangkat laser diode. Hal ini bertujuan untuk mengetahui apakah rangkaian bekerja dengan baik dan sesuai dengan harapan penulis. Pengujian yang akan dilakukan meliputi pengujian tegangan, arus dan daya, kemudian uji karakteristik laser dioda, uji pengujian kestabilan daya berdasarkan waktu , uji ADC, uji ketepatan energi.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pembuatan Hardware Rangkaian Power Supply
Gambar 2. Skematik dan Hasil Rangkaian Power Supply
Rangkaian power supply ini terdiri dari keluaran 5 volt dan 9 volt sesuai dengan kebutuhan. Rangkaian 9 volt digunakan untuk supply tegangan mikrokontroler arduino uno sedangkan rangkaian 5 volt digunakan untuk supply tegangan laser dioda. Tegangan keluaran ini merupakan tegangan yang disesuaikan berdasarkan spesifikasi laser dioda yang didapatkan. Perancangan skematik dan hasil rangkaian power supply ini disajikan pada Gambar 2.
Rangkaian Mikrokontroler Arduino Uno
Pada penelitian ini menggunakan
mikrokontroler arduino uno dimana arduino uno ini
menggunakan mikrokontroler ATMega328,
menghidupkan dan mematikan perangkat laser dengan mengaktifkan driver transistor yang berfungsi sebagai saklar, kemudian membaca nilai tegangan dari power supply untuk mengendalikan daya sehingga dapat diatur, serta menampilkan pemilihan energi pada LCD. Rangkaian arduino ini dapat disajikan pada Gambar 3
Gambar 3. Mikrokontroler Arduino Uno Rangkaian LCD
Gambar 4. Skematik dan Hasil Rangkaian LCD LCD yang digunakan adalah ukuran 16 x 2 karakter. Rangkaian LCD pada penelitian ini digunakan untuk menampilkan hasil pemilihan energy dari laserpunktur. Skematik dan hasil dari rangkaian LCD ini dapat ditunjukan pada Gambar 4.
Rangkaian Driver Transistor
Dalam penelitian ini digunakan rangkaian
driver transistor yang berfungsi sebagai saklar.
Rangkaian ini terdiri dari resistor 1 kilo ohm , dioda , dan transistor NPN. Rangkaian driver transistor ini dihubungkan dengan mikrokontroler arduino. Skematik dan hasil rangkaian ini disajikan pada Gambar 5.
Gambar 5. Skematik dan Hasil Rangkaian Driver Transistor Rangkaian Push Button
Pada perangkat yang telah dibuat digunakan juga rangkaian push button. Rangkaian ini terdiri dari resistor 1 kilo ohm dan push button. Rangkaian ini akan dihubungkan dengan mikrokontroler arduino pada pin digital. Rangkaian push button diperlukan untuk pemilihan energi terapi dari laserpunktur. Skematik dan Hasil rangkaian tersaji pada Gambar 6.
Gambar 6. Skematik dan Hasil Rangkaian Push Button
HASIL PEMBUATAN SOFTWARE
Pada penelitian Rancang Bangun Sistem Pengendali Daya dan Waktu Laser Dioda Sebagai Aplikasi Laserpunktur Secara Otomatis menggunakan
software arduino yang memakai bahasa C. Adapun
perangkat lunak yang telah dibuat meliputi
pemrograman pembacaan tegangan, pemrograman pemilihan energi melalui push button, program pengendali driver transistor dan penentuan waktu setting.
Pengujian
Penelitian ini terbagi menjadi beberapa tahap pengujian perangkat, pengujian ini meliputi :
Pengujian Tegangan, Arus dan Daya
Tabel 1. Tabel Data Elektrik Tegangan, dan Daya Keluaran
Pengujian ini untuk mengetahui apakah power supply yang digunakan sesuai untuk membangkitkan laser diode. Pada Tabel 1 data diambil mulai dari 2,17 volt dan arus 14,88 mA dikarenakan pada tegangan yang bernilai dibawah atau kurang dari 2,17 volt dan 14,88 mA daya laser keluaran kurang dari 0,006 mW, hal ini dikarenakan laser dapat dibangkitkan dengan tegangan diatas 2,17 volt dan 14,88 mA. Sehingga dapat di gambarkan sebuah grafik hubungan tegangan dan arus listrik seperti yang tersaji pada Gambar 7.
Gambar 7. Grafik Hubungan Tegangan dan Arus Listrik Uji Karakteristik Laser Dioda
Kerakterisasi laser dioda diperlukan untuk mengetahui karakter dari laser yang digunakan. Salah satu karakteristik yang dimiliki oleh laser dioda adalah adanya perubahan intensitas apabila diberi arus listrik yang berbeda. Pada data di tabel 1, penarikan grafik dari data arus dan daya keluaran laser menghasilkan grafik karakteristik seperti pada Gambar 8.
Gambar 8. Grafik Hubungan Daya Keluaran Laser Diaoda Terhadap Perubahan Arus Listrik
Dari data yang telah didapatkan, menunjukkan kinerja laser dioda tersebut berada pada range 40-65 mA. Dalam hal ini batas ambang arus laser dioda yang digunakan dalam penelitian ini adalah sekitar 40 mA sesuai dengan spesifikasinya.
Uji Pengujian Kestabilan Daya Berdasarkan Waktu Pengujian daya ini bertujuan untuk mengetahui kestabilan daya keluaran laser tersebut. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui adanya penurunan tegangan dan arus listrik pada sistem hardware. Pengujian ini mengamati perubahan daya setiap beberapa detik. Peneliti mengambil waktu 30 detik setiap perubahan tegangan. Berdasarkan pada data yang sudah diperoleh tersebut daya keluaran laser dengan tegangan sekitar 3,05 volt perubahan daya antara 5,47- 6,13 mW. Kemudian pada tegangan sekitar 3,2 volt perubahan daya sebesar 11,31-12,54 mW. Selanjutnya dengan pengamatan pada tegangan 3,82 volt perubahan daya mencapai kisaran 18,03-18,12 mW. Lalu pada 4,23 volt daya yang dihasilkan sebesar 18,35-18,18,57 mW. Dengan menambah tegangan mencapai 4,51 perubahan daya berkisar 18,63-18,78 mW. Dan sampai pada tegangan 4,83 daya keluaran bernilai antara 18,82-19,01 mW. Perubahan- perubahan ini cenderung stabil karena perbedaan daya keluaran tidak turun dengan signifikan pada saat tegangan yang ditentukan.
Uji ADC
Pengujian ini dilakukan dengan membaca sebuah tegangan masukan yang diberikan sehingga dapat terbaca oleh mikrokontroler. Data pengujian disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Data Baca Tegangan ADC
Dari data tersebut didapatkan pembacaan data tegangan dengan menggunakan ADC memperoleh prosentase kesalahan (error) sebesar 0,328 %. Dengan keakuratan pengukuran ADC yaitu 99,672 %.
Uji Ketepatan Energi
Untuk mempermudah pengujian, peneliti membagi rentang waktu berdasarkan perubahan tegangan. Dari kelima setting waktu tersebut masing- masing memiliki nilai yang akan disesuaikan dengan perhitungan energi terapi laser yang dibuat sebagai nilai setting dengan rumus :
� = � × ∆�
dengan E adalah energi, P adalah daya keluaran
laser dan ∆t merupakan setting waktu. Dalam hal ini
daya keluaran laser dapat diatur sesuai dengan tegangan yang berubah. Terdapat empat buah tombol yang disediakan untuk memilih energi pemaparan laser, yaitu Button1 untuk energi 0,1 Joule, Button2 untuk energi 0,5 Joule, Button3 untuk energi 1 Joule, dan Button4 untuk
energi 1,5 Joule. Nilai –nilai energi tersebut dianggap
sebagai variabel bebas. Pengujian ini dilakukan untuk setiap button dan menghasilkan data sebagai berikut : a. Button 1 mewakili energy 0,1 Joule
Tabel 3. Data Waktu Pada Energi 0,1 Joule
Dari data Tabel 3, dapat diperoleh grafik seperti pada Gambar 9 dapat dianalisis menggunakan
perhitungan luasan tiap pias menggunakan rumus trapesium. Gambar tersebut mewakili energi pada
button 1. Dari grafik tersebut didapatkan luasan total
sebesar 0,098. Dari jumlah luas tiap pias tersebut dapat dibandingkan dengan energi yang di inputkan. Dan terdapat kesalahan sebesar 2 % sehingga keakuratannya mencapai 98 %.
Gambar 9. Grafik Hubungan Daya Keluaran dengan Waktu Berdasarkan Energi 0,1 Joule
b. Button 2 mewakili energy 0,5 Joule Tabel 4. Data Waktu Pada Energi 0,5 Joule
Dari data Tabel 4, dapat diperoleh grafik seperti pada Gambar 10 dapat dianalisis menggunakan perhitungan luasan tiap pias menggunakan rumus trapesium. Gambar tersebut mewakili energi pada button 2. Dari grafik tersebut didapatkan luasan total sebesar 0,493. Dengan membandingkan energi dan luasan grafik yang didapatkan maka dapat dihasilkan kesalahan sebesar 1,4 % sehingga keakuratan mencapai 98,6 %.
Gambar 10. Grafik Hubungan Daya Keluaran dengan Waktu Berdasarkan Energi 0,5 Joule
c. Button 3 mewakili energy 1 Joule
Dari data Tabel 5, dapat diperoleh grafik seperti pada Gambar 11 dapat dianalisis menggunakan perhitungan luasan tiap pias menggunakan rumus trapesium. Gambar tersebut mewakili energi pada button 3. Dari grafik didapatkan luasan sebesar 0,99. Dengan membandingkan energi dan luasan grafik yang didapatkan maka dapat dihasilkan kesalahan sebesar 1 % sehingga keakuratan mencapai 99 %.
Gambar 11. Grafik Hubungan Daya Keluaran dengan Waktu Berdasarkan Energi 1 Joule
d. Button 4 mewakili energy 1,5 Joule Tabel 6. Data Waktu Pada Energi 1,5 Joule
Dari data Tabel 6, dapat diperoleh grafik seperti pada Gambar 12 dapat dianalisis menggunakan perhitungan luasan tiap pias menggunakan rumus trapesium. Gambar tersebut mewakili energi pada button 3. Dari grafik didapatkan luasan sebesar 1,49. Dengan membandingkan energi dan luasan grafik yang didapatkan maka dapat dihasilkan kesalahan sebesar 0,666 % sehingga keakuratan mencapai 99,33 %.
Gambar 12. Grafik Hubungan Daya Keluaran dengan Waktu Berdasarkan Energi 1,5 Joule
KESIMPULAN
Berdasarkan analisis data dan pembahasan yang telah dilakukan pada penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Mendapatkan hubungan antara tegangan, arus, dan daya keluaran laser yaitu dengan tegangan yang berubah semakin besar tegangan listrik yang
dihasilkan semakin besar pula arus dan daya keluaran laser. Sebaliknya jika tegangan diperkecil maka besarnya nilai arus dan daya keluaran laserpun ikur menurun.
2. Mendapatkan hasil kestabilan daya keluaran laser yang cukup baik dan tidak turun atau naik secara signifikan. Mendapatkan ketepatan energy terapi dengan presentase kesalahan sebesar 2 % sehingga keakuratannya mencapai 98 % pada pilihan energi 1, kesalahan sebesar 1,4 % sehingga keakuratan mencapai 98,6 % pada pilihan energi 2, kesalahan sebesar 1 % sehingga keakuratan mencapai 99 % pada pilihan energi 3 dan kesalahan sebesar 0,666 % sehingga keakuratan mencapai 99,33 % pada pilihan energi 4.
UCAPAN TERIMAKASIH
1. Ir. Welina Ratnayanti K sebagai dosen pembimbing I.
2. Drs. Tri Anggono Prijo sebagai dosen pembimbing II.
3. Teman-Teman Teknobiomedik 2010 DAFTAR PUSTAKA
[1] Amaro. John, 2010, Acupuncture and Low-Level Laser Light, Acupuncture Today, January (2010), Vol. 11, Issue 01.
[2] Block. E. F, 2010, Low-Level Laser Acupuncture Treatment In The Clinical Application of The Five Shu Points, The Journal of Bioelectromagnetic Medicine, Volume. 22. [3] Budiharto. Widodo, 2010, Elektronika Digital dan
Mikroprosesor, Yogyakarta : Andi.
[4] Gridling. G, Weiss. B, 2007, Introduction to Microcontrollers, Courses 182.064 & 182.074, Vienna University of Technology, Institute of Computer Engineering, Embedded Computing System Group. [5] J. Singh, 2001, Semiconductor Devices Basic
Principles, John Wiley & Sons, New York, p.460.
[6] Ningtyas. L. Aprilia, 2009, Pengaruh Radiasi Laser He-Ne pada Titik Akupunktur Cung Wan dan Cu San Lie Terhadap Penurunan Berat Badan Kelinci (Orcytolagus Cuniculus), Skripsi FSaintek, UNAIR, Surabaya.
[7] Paschotta. Rudiger, 2008, Encyclopedia of Laser Physics and Technology, Volume 1, Wiley- VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
[8] Perdana. B, 2009, Rancang Bangun Sistem Laser Gallium Alumunium Arsenide untuk Terapi Penyembuhan Luka Pasca Pencabutan Gigi, Skripsi FTI-Teknik Fisika, ITS, Surabaya. [9]Poole.Ian,http://www.radioelectronics.com/info/data
/semicond/laser_diode/laser_diode.p hp (diakses pada tanggal 5 Desember 2013) [10] Ria. Fajarina, 2008, Optimasi Daya, Perulangan
Terapi dan Waktu Paparan Laserpunktur pada Mencit untuk Normalisasi Sel Beta Pankreas sebagai Pemasok Insulin, Skripsi FSaintek, UNAIR, Surabaya.
[11] Rogers. Cameron, 2012, Developing Computer Controlled Laser Systems for Double Blind
Acupuncture Trials, Thesis Faculty of Science, University of Technology, Sidney. [12] Ruilliere, C. 2003. Femtosecond Laser Pulses :
Principles and Experiments Second Edition. Springer Science + Business Media, LCC. United States of Amerika.
[13] Saputra K, Indrayanti A. 2005. Akupunktur Dasar. Surabaya : Airlangga University Press. [14] Supardi, A. dkk, 2000, Rancang Bangun Portabel Laserpunctur, Fakultas MIPA, Universitas Airlangga.
[15] Sutrisno, 1986, Elektronika : Teori Dasar dan Penerapannya, Penerbit ITB : Bandung. [16] Suyono. dan Tim Pusdiklat MasterNusa,
2003, Panduan Praktis Mikrokontroler AT89S51, http://IlmuKomputer.com. (diakses tanggal 18 Desember 2013).
[17] Tokheim, Roger. L, 1990, Digital Electronics, Second Edition, McGraw-Hill, Inc., New York.
[18] Valchinov. S. E and Pallikarakis. E. N, 2005, Design and Testing of Low Intensity Laser Biostimulator, Biomedical Engineering Online 2005, 4:5.
[19] Whittaker, P. 2004. Laser Acupuncture : Past, Present, and Future. Laser in Medical Science. 19 : 69-80.