i ABSTRAK
SISTEM INSTRUMENTASI AKUISISI DATA EKG 12LEAD BERBASIS KOMPUTER
Oleh
Agustiawan
Jantung merupakan organ tubuh yang berfungsi memompa darah keseluruh tubuh dan kembali ke jantung. Apabila proses ini terganggu maka inilah yang disebut dengan sakit jantung, untuk mengatasi gangguan jantung secara tiba-tiba maka dibutuhkan alat yang disebut dengan Elektrodiograf. EKG merupakan sebuah grafik yang menunjukan rekaman listrik jantung pada manusia, selain itu aktifitas kelistrikan jantung pada manusia dapat dibuat perangkat prototipedengan kisaran masukan tegangan 0 s.d 5 Volt. Pada penelitian ini telah buat sebuah prototipe sistem instrumentasi akuisisi data EKG 12 lead berbasis komputer. Rancangan akuisisi menggunakan mikrokontroler ATMega16sebagai pengontrol utama,USB to serial RS232 sebagai media komunikasi interfacing komputer. Proses analisis sinyal dimulai dari menentukan tegangan masukan dari masing-masing 12 lead kemudian akan dikomunikasikan secara serial di simpan dalam bentuk data teks dan grafik dengan frekuensi maksimal 50 Hz. Pada prototipe ini mendapatkan keluaran frekuensi 30 Hz untuk tegangan masukan 2,5 Volt dan 50 Hz untuk tegangan 5Volt.
ii ABSTRACT
INSTRUMENTATION SYSTEM OF DATA ACQUISITION OF ECG 12 LEAD COMPUTER BASED
By
Agustiawan
The heart is an organ which functions to pump blood around the body and back again to the heart. If the process is interrupted, it is called a heart attack. To cope sudden heart problems, needed a tool called the ECG. ECG is a graph which shows the electrical recordings of heart in humans, electrical activity in humans is prototipe by electrical voltage to the input voltage range of 0 to 5 volts DC. In this research, researcher created instrumentation system of data acquisition of ECG 12 lead computer based. Draft acquisition using microcontroller ATMega16 as a main controller, a USB series RS232 as interfacing computer communication media. Signal analysis process starts from defining the input voltage of each of the 12 leads then communicated to serially and the data will be stored in the form of text and graphics with a maximum frequency of 50 Hz In the prototipe carried out, researcher used frequency 30 Hz with voltage input 2.5 Volt and for frequency 50 Hz for voltage input 5 volts.
iii
SISTEM INSTRUMENTASI AKUISISI DATA EKG 12 LEAD BERBASIS KOMPUTER
Oleh
Agustiawan
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh SARJANA SAINS
Pada
Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG
vii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di dusun Kerbang Tinggi, Desa Way Jambu
(Bangun Negara), Kec. Pesisir Selatan, Kab. Pesisir Barat pada
tanggal 01 Juni 1988, sebagai anak keenam dari sepuluh
bersaudara, dari Bapak Azkar (Alm) dan Ibu Suryani.
Pendidikan penulis dimulai dari tingkat dasar di SD Negeri I Way Jambu, Pesisir
Selatan, Pesisir Barat pada tahun 1995-2001, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama
di MTS RU Way Jambu, Pesisir Selatan pada tahun 2001-2004, dan Sekolah
Menengah Umum di SMA Negeri 1 Pesisir Selatan pada tahun 2004-2007.
Selama menjadi siswa penulis juga aktif mengikuti kegiatan ekstra dari sekolah
dasar sampai dengan Sekolah menengah atas, sekolah dasar penulis di beri
keprcayaan oleh guru menjadi pemimpin barung di kegiatan kepramukaan.
Di tingkat Madrasah Tsanawiyah penulis diberikan kepercayaan oleh sekolah
untuk menjadi ketua OSIS sekaligus menjadi pratama pramuka tingkat
penggalang. Tingkat SMA penulis juga diberikan kepercayaan oleh sekolah untuk
memimpin sekolah sebagai ketua OSIS dan pradana pramuka golongan penegak.
Selama sekolah di SMA N 1 Pesisir Selatan banyak kegiatan diikuti oleh penulis,
pada kelas 1 mengikuti lomba MTQ se-kabupaten Lampung Barat, pelatihan
viii
pelatihan litle jurnalis Se-kabupaten Lampung Barat, dan masih banyak yang
tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.
Dengan alasan ekonomi yang kurang mencukupi untuk melanjutkan pendidikan
kejenjang yang lebih tinggi, selesai pendidikan tingkat menengah atas tahun 2007,
penulis memutuskan untuk pergi keluar pulau untuk mencari pengalaman. Pada
tahun 2008, Penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN. Selama menjadi mahasiswa,
penulis pernah menjabat sebagai Asisten Laboratorium Fisika Dasar, Asisten
Laboratorium Elektronka Dasar dan asisten dosen Unila, selain itu, penulis juga
aktif dalam kepengurusan Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) sebagai
Kordinator Kaderisasi. Selain di jurusan, penulis juga aktif di unit kegiatan
mahasiswaan tingkat universitas.
Selama mengikuti Unit Kegiatan Mahasiswa, penulis pernah menjadi ketua UKM
Pramuka Unila Periode 2011-2012, selama aktif di unit kegiatan mahasiswaan
tingkat universitas banyak prestasi yang penulis raih bersama keluarga besar
UKM pramuka diantara menjadi tuan rumah kemah Bakti Racana Nasional tahun
2009, tuan Rumah Temu Pembina Pramuka Pandega Tingkat Nasional Tahun
2011, serta masih banyak kegiatan nasional yang pernah diikuti diluar Provinsi
Lampung.
Selain dikampus penulis juga aktif diberbagai organisasi diluar kampus
ix
ini, Ketua Forum Komunikasi Alumni SMA N 1 Pesisir Selatan Lampung Barat
tahun 2009 sampai saat ini, Sekretaris Jendral Himpunan Mahasiswa Pesisir Barat
sampai saat ini, Kutua Forum Komunikasi Pramuka Perguruan Tinggi Lampung
tahun 2011 hingga sekarang, serta Pernah melakukan kerja Praktik Di Pusat
Penelitian Fisika Serpong Banten pada tahun 2012. Penulis lulus pada bulan
x
Kupersembahkan karya ku ini kepada
Allah SWT Robb semesta alam dengan harapan menjadi
nilai ibadah disisi-Nya
Kedua orangtuaku
(inut & bapak)yang yang telah membesarkanku dengan
merawatku dan mendidikku hingga seperti sekarang,
Kakak-kakakku dan adik-adikku yang telah memberikan dukungan
semangat serta do anya.
Guru-guru dan dosen-dosenku yang mendidikku dengan sabar dan
membekali dengan ilmu yang bermanfaat
Keluarga besar Racana Raden Intan
puteri silamaya, terima kasih
atas kekeluargaan selama di Racana
Adek.. yang selalu ada saat Senang maupun susah.
_ for you I would not be too far away and will always be there _Serta Rekan-rekan dan Sahabat-sahabatku
yang telah memberikan inspirasi dan kenangan
_ survivors struggling in real life_Jangan mencari orang yang mampu membuat engkau tersenyum,
Tetapi berbuatlah agar orang lain dapat tersenyum
(Sandi Racana Putera Saburai)
xi
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis ucapkan atas kehadirat ALLAH SWT yang
telah memberikan rahmat dan karunia-Nya serta nikmat yang tiada terkira, sehingga
penulis dapat menyelesaikan Skripsi di jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Lampung, dengan judul: SISTEM INSTRUMENTASI AKUISISI DATA EKG 12LEAD BERBASIS KOMPUTER Ini merupakan salah satu syarat menuju Strata Satu (S1) jurusan Fisika FMIPA
Universitas Lampung. Dalam penulisan Skripsi ini penulis merasa masih banyak
kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi. Untuk itu kritik dan saran dari
semua pihak sangat penulis harapkan demi penyempurnaan Skripsi ini dengan baik.
Skripsi ini disusun beradasarkan literatur dan pengamatan alat baik secara hadware
maupun software yang dilaksanakan di Laboratorium Elektronika Dasar Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung dan
beberapa tempat lainnya sebagai pendukung. Semoga Skripsi ini dapat bemanfaat
bagi penulis dan pembaca serta dapat digunakan untuk kepentingan pembelajaran
instrument medis di jurusan fisika dan Medis.
xii SANWACANA
Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wa
Ta’ala atas segala rahmat dan hidayah yang diberikan sehingga penulis dapat
menyelesaikan Skripsi yang berjudul “SISTEM INSTRUMENTASI AKUISISI DATA EKG 12 LEAD BERBASIS KOMPUTER”. Penyusunan Skripsi merupakan syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Lampung.
Dalam penyusunan Skripsi ini Penulis banyak mendapat bantuan baik moral
maupun material dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, Penulis
ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Bapak Arif Surtono, S.Si., M.Si., M.Eng. Selaku pembimbing I sekaligus
sebagai Sekretaris Jurusan Fisika FMIPA Unila, terima kasih yang tak
terhingga sudah menjadi pembimbing Skripsi kami hingga penelitian ini dapat
diselesaikan dengan baik.
2. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si.,M.T. Selaku Pembimbing II, terima kasih
sudah memberikan masukan demi kelancaran Skripsi ini.
3. Bapak Drs. Amir Supriyanto, M.Si. Selaku Pembahas, terima kasih atas kritik
xiii
4. Ibu Suprihatin, S.Si., M.Si. selaku pembimbing Akademik dan Seluruh Dosen
Jurusan Fisika atas bimbingan yang penulis peroleh selama perkuliahan.
5. Seluruh Staf Jurusan Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Lampung atas bantuannya.
6. Kedua Malaikat nyataku (Inut sama Bapak) yang tanpa lelah memberikan
dukungan kepadaku sampai dengan selasai hingga bisa mendapat gelar sarjana.
7. Abang-abang (keluarga bang Akim dan bang Andar, bang Ali, bang Tohir,
bang Aripin) dan adik-adik ( Iqbal, ngah Sanah, Adil Dan uncu Rika) terima
kasih atas dukungan kalian.
8. Seluruh Warga Racana Raden Intan – Puteri Silamaya UKM Pramuka
Universitas Lampung (Bang Abbas, Kak Tuti, Kanjeng sepuh Yo Ono, Bang
Wahyu, Bang dirga, kak Ali ma’ruf, kak Arif, kak Tangguh, Bang Joni, Desi,
Wulan, Aris, Shinta, okta, dll yang tidak bisa kami sebut satu persatu) terima
kasih atas kebersamaan dalam keluarga kecil Racana Raden Intan-Puteri
silamaya, serta semua adik-adik penerus perjuangan racana raden intan-puteri
silamaya (Pendi, Nurhud, Erwan, Arif, Lilis, Nafisa, Galuh, Yuniar, Arianti,
Usnaqul, serta adik-adik anggota 32 dan 33 yang tidak dapa penilis sebutkan
satu persatu), terima kasih sudah menjadi yang terbaik di keluarga besar nan
asri ini.
9. Teman-teman KBK instrumentasi (Uma, Imam, Bang Rohmanto, Bang Mardi,
Yeni, Bang Febri, Ilfa, Andri, Meta, Dewi, Fitri, Mujiono, Riza).
10. Teman-teman pengurus Himafi periode 2010-2011 (Rifqi, Fitri, Yuand, Iwan,
xiv
11. Seluruh Penghuni Laboratorium Fisika Dasar dan Laboratorium Elektronika
Dasar.
12. Teman-teman seperjuangan di setiap waktu dan tempat, serta semua pihak
yang telah membantu serta mendukung Penulis dalam segala hal yang tidak
dapat disebutkan satu per satu.
Semoga Allah SWT membalas semua amal baik yang telah dilakukan. Penulis
berharap Skripsi ini berguna bagi yang memerlukan.
Bandar Lampung, Agustus 2015 Penulis
xv DAFTAR ISI
halaman
ABSTRAK ... ...i
COVER FAKULTAS ... .iii
LEMBAR PENGESAHAN JURUSAN... .iv
LEMBAR PENGESAHAN FAKULTAS... ..v
PERNYATAAN... .vi
RIWAYAT HIDUP ... vii
PERSEMBAHAN... ..x
KATA PENGANTAR ... .xi
SANWACANA ... xii
DAFTAR ISI... xv
DAFTA TABEL ... ..xviii
DAFTAR GAMBAR ...xix
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian ... 4
1.3. Manfaat Penelitian ... 4
1.4. Rumusan Masalah Penelitian... 5
xvi BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Penelitian Sebelumnya... 6
2.2. Teori Dasar... 7
1. Jantung ... 7
2. Anatomi Jantung manusia ... 8
3. Listrik dan Jantung ... 9
2.3. Elektrokardiograf (EKG) ... 10
1. Prinsip Kerja EKG ... 10
2. Pengukuran EKG... 11
2.4. Jaringan Wilson ... 13
2.5.Buffer(penyangga)... 14
2.6. Instrumentasi EKG... 15
2.7. Multiplexer... 16
2.8.Optocoupler... 17
2.9. MikrokontrolerATmega16... 18
2.10. Komunikasi SerialRS232... 21
2.11. Delphi7... 25
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ... 27
3.2. Alat dan Bahan ... 27
3.3. Prosedur Penelitian ... 29
1. Rancangan Perangkat Keras (hadware)... 29
2. RangkaianWilsondan Pemilih sandapan ... 30
3. Rangkaian Pengubah Sandapan ... 34
4. RangkaianBuffer... 35
5. Rangkaian Sistem MinimumATMega16... 36
6. Rangkaian KomunikasiRS232... 37
3.4. Gambar Rangkaian Secara Keseluruhan ... 38
3.5. Perancangan Perangkat Lunak... 39
xvii BAB IV HASIL DAN PEMBAHSAN
4.1. Perangkat Keras EKG 12Lead... 46
4.2. Analisa Program Menu Utama (Delphi7)... ....57
4.3. Hasil Penampilan Sinyal EKG 12Lead... ....52
4.4. HasilRealtimeGrafik Secara Keseluruhan ... ....59
4.5. Perangkat Keras EKG 12Lead... ...62
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... ...63
5.1. Saran ... ...64
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel halaman
1. Bit-bit Kontrol Rangkaian Pemilihan 12Lead...33
2. Rancangan Tabel Dalam Program... 43
xix
DAFTAR GAMBAR
Gambar halaman
1. Jantung dan Bagian-bagiannya ... ..8
2. Listrik Jantung Pada Manusia ... ..9
3. Standar EKG 12Lead... 12
4. Rangkaian JaringanWilson... 13
5. Buffer(penyangga) ... 14
6. Pin ICMultiplexer 4052... 16
7. RangkaianOptocoupler... 17
8. MikrokontrolerATMega16... 19
9. Susunan KakiATMega16... 20
10. Konverter Tegangan Dengan Level ... ...22
11. KoneksiNull-Modem... ...23
12. RangkaianRS232... ...24
13. Tampilan AplikasiDelphi... ...25
14. Diagram Blok Perangkat Keras... ...29
15. RangkaianWilsonDan Pemilihan Sandapan 12Lead ... ...31
16. Rangkaian JaringanWilson... ...32
xx
18. RangkaianBufferSebagai Penyangga ... ...35
19. Rangkaian Mikrokontroler AVR ATMega16... ....36
20. Rangkaian Komunikasi SerialRS232... ...37
21. Rangkaian Alat Secara Keseluruhan... ....38
22. FlowchartKomunikasi Mikrokontroler Ke Komputer... ....40
23. FlowchartKomunikasi RS232 Dari Mikrokontroler Ke Komputer ... ...41
24. FlowchartPenampil SinyalEKG 12 LeadPada Komputer... ...42
25. Gambar Pembangkit Sinyal Sebagai Masukan ... ...46
26. Gambar TampilanDelphi7Untuk Menampilkan EKG PerLead... ...48
27. Setting KomunikasiUSBKe Komputer ... ...49
28. Rancangan TampilanRealtimeGrafikOff Line... ...51
29. LeadIportmasukan LA terhadap RA... ...52
30. LeadIIportmasukan LL terhadap RA... ...53
31. LeadIIIportmasukan LL terhadap LA... ...53
32. LeadAVR port masukan RA terhadap (LA+LL)/2 ... ...54
33. LeadAVLportmasukan LA terhadap (RA+LL)/2 ... ...54
34. LeadAVFportmasukan LL terhadap (RA+LA)/2 ... ...55
35. LeadV1portmasu kan V1 terhadap WCT ... ...55
36. LeadV2portmasukan V2 terhadap WCT ... ...56
37. LeadV3portmasukan V3 terhadap WCT ... ...56
38. LeadV4portmasukan V4 terhadap WCT ... ...57
39. LeadV5portmasukan V5 terhadap WCT ... ...57
40. LeadV6portmasukan V6 terhadap WCT ... ...58
xxi
42. Tampilan DataRealtime LeadAVL, AVF, V1, dan V2... ...60
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Jantung merupakan salah satu rongga organ berotot yang memompa darah ke
pembuluh darah secara teratur dan berulang. Letak jantung berada di sebelah kiri
bagian dada diantara paru-paru kanan dan paru-paru kiri. Massa jantung kurang
lebih 300 gram atau kira-kira sebesar kepalan tangan. Jantung berfungsi
memompa darah ke seluruh tubuh dan kemudian kembali ke jantung. Maka jika
peredaran ini terganggu maka inilah yang disebut dengan sakit jantung (Jatmiko,
2013).
Penyakit jantung merupakan salah satu penyakit yang paling mematikan bagi
manusia. Ciri-ciri orang yang terkena penyakit jantung biasanya sering kelelahan,
sering berkeringat, mual berlebihan, merasa cemas dan tegang, nyeri dada, denyut
jantung tidak teratur, sakit kepala, sesak nafas, dan pembengkakan perut dan kaki,
itulah yang disebut dengan sakit jantung (Harjana, 2004). Penyakit jantung dapat
dideteksi secara dini melalui alat medis yang disebut Elektrokardiografi (EKG).
EKG sangat efektif untuk merekam aktivitas kelistrikan jantung pada manusia
2
EKG merupakan alat yang mendeteksi perubahan-perubahan potensial listrik pada
jantung manusia. Kegunaan EKG adalah untuk mengetahui kelainan-kelainan
irama jantung (aritmia), kelainan miokardium (infark, hipertrophy atrial dan
ventrikel), pengaruh atau efek obat-obat jantung, gangguan elektrolit, dan gangguan peradangan pada lapisan pelindung jantung (perikarditis). Prinsip kerja
dari EKG adalah merekam sinyal listik yang terkait dengan aktivitas jantung dan
menghasilkan grafik rekaman tegangan listrik terhadap waktu. EKG yang normal
menunjukan pembelokan atau defleksi yang dihasilkan dari aktivitas atrial
sebagai perubahan kecenderungan tegangan atau voltage dan polaritas (positif dan negatif) terhadap waktu (Aston, 1991).
Najeb dkk (2005) membuat rancangan sistem akuisisi data 12 kanal untuk EKG
12 lead. Proses perekaman dari setiap lead dipilih dengan menggunakan multiplekserMPC506. Alat ini menampilkan semua rekaman dari 12leadstandar
tetapi tidak dilengkapi dengan sistem cerdas. Raka (2009) membuat realisasi
EKG berbasis komputer untuk akuisisi data isyarat elektris jantung 6 lead, akan
tetapi pada penelitian tersebut masih kurang lengkap karena masih munggunakan
akuisisi data hanya dengan 6lead. Agung (2005) merancang akuisisi data isyarat EKG 12 lead menggunakan interface paralel PPI 8225 sebagai kendali proses
komunikasi paralel. Surtono (2011) membuat akuisisi data sinyal EKG melalui
sound card yang dilakukan dengan teknik modulasi amplitude akan tetapi sound
card komputer hanya mampu mencuplik sinyal analog pada rentang frekuensi sinyal audio diatas 20 Hz, karena energi sinyal EKG cukup dominan dibawah 30
3
Pada penelitian ini telah dibuat sebuah sistem instrumentasi akuisisi data EKG 12
leadberbasis komputer. Namun masukan signal EKG 12 leadbukan berasal dari tubuh manusia, melainkan berasal dari sinyal generator (pembangkit signal). Alat
yang telah direalisasikan adalah dengan menggunakan mikrokontroler ATmega16 sebagai pengontrol utama, pembangkit sinyal 5 volt sebagai masukan dengan dua
masukan dan satu keluaran yang dikemas dalam satu rangkaian terpadu, rangkaian
pemilih 12 lead dengan menggunakan multiplexer 4052. Jaringan wilson bertujuan untuk mengurangi jumlah resistor yang berlebihan pada rangkaian.
rangkaian pengubah sinyal sandapan yang disebut dengan rangkaian pemilihlead.
Pembuatan simulasi alat dilakukan karena cukup fleksibel dengan sistem
instrumentasi akuisisi data EKG 12 lead berbasis komputer melalui komunikasi USB to serial RS232konektor DB9. Konektor DB9merupakan salah satu sistem komunikasi serial dariUSB RS232yang mampu mengirimkan data sebanyak satu
4
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian adalah sebagai berikut:
1. Membuat rangkaian pemilih Lead EKG 12 lead menggunakan rangkaian wilsonyang dikendalikan secara digital oleh mikrokontroler.
2. Membuat interfacing sinyal EKG 12 lead ke komputer secara serial dengan
menggunakan mikrokontrolerATMega16.
3. Merekam dan menampilkan sinyal EKG 12 lead ke komputer dengan
menggunakansoftware Delphi7.
1.3. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Tersedianya suatu alat prototype sistem akuisisi data EKG dari 12 lead, yang
dapat diaplikasikan pada pembelajaran instrumen medis pada jurusan fisika
dan medis.
2. Tersedianya suatu alat yang dapat membantu para medis dalam menganalisa
detak jantung, sehingga mengurangi kesalahan para medis dalam mendiagnosis
5
1.4. Rumusan Masalah Penelitian
Berdasarkan uraian latar belakang tersebut dapat dibuat rumusan masalah sebagai
berikut:
1. Bagaimana merancang sebuah sistem instrumentasi akuisisi data EKG 12 lead berbasis komputer dengan menggunakan mikrokontroler.
2. Bagaimana membuat desain interfacing sinyal EKG 12 lead pada komputer untuk akuisisi sinyal yang disimulasikan dari pembangkit sinyal.
3. Bagaimana menampilkan rekaman EKG 12 lead pada layar komputer untuk mengetahui keluaran tegangan akan sama dengan masukan tegangan.
1.5. Batasan Penelitian
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Membuat rangkaian pemilih Lead EKG 12 leaddengan menggunakan IC4052 sebagai pengontrol pemilihan 12leadyang akan direkam.
2. Membaca sinyal EKG 12 lead pada komputer dengan menggunakan software
Delphi.
3. Hanya menampilkan sinyal EKG 12 lead pada komputer dalam bentuk
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Penelitian Sebelumnya
Agung (2005) merancang akuisisi data isyarat EKG 12 sandapan menggunakan
interface paralel PPI 8225 sebagai kendali proses komunikasi paralel. Hasil pengujian untuk komponen-komponen penyusun perangkat keras sudah
menunjukkan alat tersebut bisa bekerja dengan baik. Ada beberapa kekurangan
misalnya pada tapis takik yaitu penguatan pada frekuensi takiknya tidak bisa nol
sehingga noise dari jala-jala listrik masih bisa memasuki rangkaian. Pada tapis
pelewat pita penguatan pada pita lewatnya tidak benar-benar rata terutama di
dekat frekuensi putus bawahnya. Tampilan dari alat yang dibuat berisi
menu untuk pemilih sandapan, save untuk menyimpan masing-masing untuk
EKG, grafik frekuensi detak dan histogramnya, pilihan Lead aktif dan close untuk kembali ke promt awal.
Surtono (2011) membuat akuisisi data EKG melalui sound card yang dilakukan
dengan teknik modulasi amplitude, akan tetapi sound card komputer hanya mampu mencuplik sinyal analog pada rentang frekuensi sinyal audio diatas 20 Hz
7
Agung (2009) pada penelitian tersebut lead yang digunakan ada 6 lead yang
dipasang pada dada, sehingga pembacaan pada komputer masih kurang akurat
karena ada beberapa bagian penting pada tubuh pasien tidak dipasang alat
sandapan atau lead. Sebagai salah satu contoh adalah tangan kanan, tangan kiri, kaki kanan, dan kaki kiri. Najeb At.all (2005) merekam dari setiap lead dipilih dengan menggunakan multiplekser MPC506. Alat ini menampilkan semua
rekaman dari 12leadstandar tetapi tidak dilengkapi dengan sistem cerdas.
2.2. Teori Dasar
1. Jantung
Secara umum fungsi jantung adalah memompa darah ke seluruh tubuh dan
menampungnya kembali setelah dibersihkan oleh organ paru-paru. Hal ini berarti
bahwa fungsi jantung manusia adalah sebagai alat atau organ pemompa darah
pada manusia. Pada saat itu jantung menyediakan oksigen (O2) darah yang cukup
dan dialirkan ke seluruh tubuh, serta membersihkan tubuh dari hasil metabolisme
(karbondioksida). Sehingga untuk melaksanakan fungsi tersebut jantung
mengumpulkan darah yang kekurangan oksigen (O2) dari seluruh tubuh dan
selanjutnya memompanya ke paru-paru, dengan cara darah pada jantung
mengambil oksigen (O2) dan membuang karbondioksida (CO2). Pada jantung
darah yang kaya akan oksigen (O2) yang berasal dari paru-paru dipompa ke
jaringan seluruh tubuh manusia. Jantung merupakan organ yang mampu
memproduksi muatan listrik karena tubuh adalah konduktor yang baik, maka
8
potensial aksi yang dipancarkan oleh jantung dapat diukur dengan galvanometer
melalui elektroda-elektroda yang diletakkan pada berbagai posisi di permukaan
tubuh (Juntak, 2011).
2. Anatomi Jantung Manusia
Secara anatomis jantung adalah satu organ, sisi kanan dan kiri jantung berfungsi
sebagai dua pompa yang terpisah. Jantung terbagi atas separuh kanan dan kiri
serta memiliki empat ruang, bagian atas kanan dan kiri disebut dengan serambi
(atrium), sedangkan bagian bawah kanan dan kiri disebut bilik (ventrikel).
Pembuluh yang mengembalikan darah dari jaringan ke atrium disebut dengan
vena, dan pembuluh yang mengangkut darah menjauhi ventrikel dan menuju ke
jaringan disebut dengan arteri. Kedua belahan jantung dipisahkan oleh septum
atau sekat, yaitu suatu partisi otot kontinu yang mencegah percampuran darah dari
kedua sisi jantung. Pemisahan ini sangat penting karena separuh jantung kanan
menerima dan memompa darah beroksigen rendah, sedangkan sisi jantung sebelah
kiri memompa darah beroksigen tinggi (Davidtuans, 2012).
9
3. Listrik dan Jantung
Perjalanan aliran listri
Gambar
Impuls listrik meningga
hingga kedua atrium
memakan waktu 0,4 de
akan terisi darah kem
yang kemudian diseba
kiri jantung sampai ke
jantung hingga mem
jaringan otot pada jant
strik pada jantung adalah sebagai berikut:
ar2.2 Listrik Jantung Pada Manusia (Bao, 2003
nggalkanSinoatrium Node(SA) menuju atrium
um bisa berkontraksi dalam waktu yang sa
0,4 detik. Pada saat atrium kanan dan kiri berkont
mudian kembali mengalir keAtrioventricular N
sebarkan ke kumpulan serabut yang berada di se
i ke serat Purkinje yang berada di ventrikel
embuat kedua ventrikel berkontraksi bersa
jantung mampu menghasilkan impuls listrik. N
puan yang paling besar. Apabila SA node
puls, maka fungsinya bisa saja digantikan oleh j
ya cenderung lebih rendah. Pencetus listrik
10
memang mampu mengakomodir kebutuhan jantung untuk mampu berkontraksi
terus dalam rentang waktu yang panjang. Terdapat serabut saraf yang mampu
mengubah arus listrik yang dihasilkan serta membuat perubahan pada kekuatan
kontraksi jantung. Saraf yang dimaksud adalah bagian dari susunan saraf otonom.
Susunan saraf otonom sendiri terdiri dari 2 bagian: sistem saraf simpatik dan
sistem saraf parasimpatik (Bao, 2003).
2.3. Elektrokardiograf (EKG)
EKG merupakan salah satu alat yang digunakan dalam pemeriksaan jantung.
Hasil pengamatan EKG berupa grafik EKG yang memberikan informasi
mengenai ukuran, bentuk, kapasitas, dan kelainan yang terjadi pada jantung.
Informasi tersebut tidak dapat langsung dibaca oleh orang awam. EKG
menghasilkan citra grafik dan pernyataan tentang normal atau abnormalnya
kondisi jantung (Davidtuans, 2012)
1. Prinsip Kerja EKG
EKG bekerja dengan prinsip mengukur perbedaan potensial listrik. Tubuh
manusia menghasilkan listrik walaupun dengan jumlah yang sangat kecil. Apabila
ada listrik, maka pasti ada perbedaan potensial atau tegangan listrik. Tegangan
listrik ini dapat menggambarkan atau mengilustrasikan keadaan denyut jantung
manusia. Cara merekam denyut jantung menggunakan EKG tidaklah sembarang.
Sensor atau dalam hal ini elektroda, harus diletakkan pada tempat-tempat tertentu.
11
tersebut pulsa tegangan menggambarkan kerja denyut jantung mendekati keadaan
sebenarnya (Rahmawati, 2014).
2. Pengukuran EKG
Lead diartikan sebagai susunan suatu pasangan elektroda yang merupakan kombinasi beberapa elektroda melalui jaringan resistif (resistive network). Satu
lead ditandai “+” dan yang lain ditandai “-“. Penempatan elektroda menentukan
arah rekaman lead yang disebut sumbu lead atau sudut lead. Sumbu ditentukan oleh arah dari elektroda negatif ke elektroda positif. Alat EKG menghitung
besarnya beda potensial elektrik antara elektroda positif dan elektroda negatif
(Bao, 2003).
Sebagian besar yang digunakan dalam sistem EKG klinis adalah EKG 12lead(10
elektroda), terdiri dari tiga lead standar (I, II, III), tiga lead refrensi diperkuat (augmented refrenced limb lead, aVR, aVL, aVF) dan enam lead dada refrensi terminal Wilson (V1, V2, V3, V4, V5, V6). Adapun susunannya terangkum pada
12
Gambar2.3 Standar EKG 12Lead(Bronzino, 1995). I = teganganleadI aVR = tegangan diperkuatleadaVR II = teganganleadII aVL = tegangan diperkuatleadaVL III = teganganleadIII aVF = tegangan diperkuatleadaVF
VLA = potensial pada tangan kiri Vi = tegangan enamleaddada VRA = potensial pada tangan kanan vi = potensial pada enamleaddada
13
n Wilson membutuhkan resistor untuk lead ujuan rangkaian ini adalah untuk mengurangi
da alat yang akan direalisasikan. Rangkaian
kan gambar 2.4 dibawah ini.
Gambar2.4. Rangkaian JaringanWilson
ng-masing resistor adalah sebagai berikut:
4 = R5 = R6 =20 kohm
30 kohm
12 = 10 kohm
adalah kombinasi beberapa resistor yang bisa
rapa kombinasi sandapan yang merupaka
ser. Resistor yang dipakai adalah sebanyak 12
g 10KΩ (Card and Brown, 2001).
14
2.5.Buffer(Penyangga)
Rangkaian penyangga berfungsi untuk memungut sinyal masukan dari sumber
tegangan, karena rangkaian ini mempunyai resistan masukan yang sangat
tinggi dan resistan keluaran yang sangat rendah. Dengan demikian rangkaian
penyangga hanya menjadi beban ringan pada elektrode tetapi dapat memberi
arus yang besar ke rangkaian berikutnya. IC yang dipakai pada bagian ini adalah jenis penguat operasional TL084. Gambar 2.5 berikut merupakan rangkaian
buffer.
Gambar2.5 Rangkaiabuffer
Nilai R yang terpasang gunanya untuk membatasi arus yang di keluarkan. Besar nilainya
bergantung dari indikasi dari komponennya. nilai R biasanya diabaikan hanya
15
2.6. Instrumentasi EKG
Instrumentasi atau mesin EKG berurusan dengan sinyal elektris lemah dan derau
dari berbagai sumber yang secara intensif mempengaruhi akusisi sinyal EKG.
Oleh karena itu, instrumen EKG harus memenuhi beberapa syarat tertentu agar
dapat merekam isyarat EKG aktivitas jantung yang sesungguhnya. Beberapa
desain instrumentasi EKG adalah:
1. Instrumen mempunyai kemampuan mendeteksi sinyal lemah dalam rentang
0,05–10 mV, sedangkan sinyal EKG normal adalah±2 mV;
2. Impedans masukan antara elektroda dan latar (ground) hendaknya kurang dari
5 M Ω pada frekuensi 10 Hz, sementara sinyal EKG mempunyai impedans
sumber tinggi;
3. Respon frekuensi instrumen hendaknya dalam rentang 0,05 Hz–150 Hz;
4. Instrumen tidak mengijinkan arus bocor lebih dari 10 μ A mengalir melewati
pasien;
5. Dibuat isolasi agar pasien terpisah dari rangkaian AC;
6. Instrumen hendaknya memiliki CMRR tinggi pada bagian penguat awal (Bao,
2003).
Untuk memenuhi rekomendasi tersebut, maka desain sistem instrumen EKG
umumnya terdiri atas lima pokok tahapan/bagian, yaitu:
1. Tahap pertama adalah suatu elektrode (transduser), misalnya Ag-AgCl, yang
mengubah sinyal EKG ke dalam tegangan (dalam orde mV).
2. Tahap kedua adalah sebuah penguat yang berfungsi untuk memperkuat sinyal
16
3. Tahap ketiga adala
kejutan listrik;
4. Tahap keempat ada
yang mengganggu
Multiplexer (Mux) a
sebagai penyeleksi da
diinginkan. Jadi si
seterusnya, tetapi ha
pengontrol. Jadi, mel
data input yang dikehe
Gambar
16
dalah isolasi yang berfungsi mengamankan pas
adalah penapis, yang berfungsi untuk menapis
ggu sinyal EKG murni. Penapis yang digunaka
agar melewatkan sinyal pada jangkauan frekue
z;
adalah penampil sinyal EKG, dapat berupa
lainnya (Chen, et.all, 2008).
adalah suatu komponen elektronika yang fun
ksi data berdasarkan perintah untuk menampi
singkatnya multiplexer memiliki banyak i
hanya memiliki sebuah output dan memilik
elalui bagian input pengontrol inilah kita dap
kehendaki. Perhatikan gambar 2.6 berikut ini.
ar2.6 Pin IC Multiplexer 4052 (data sheet 2002
16
pasien dari bahaya
pis berbagai derau
akan adalah tapis
kuensi sinyal EKG,
upa osiloskop atau
fungsinya adalah
pilkan data yang
k input data dan
iliki bagian input
dapat menampilkan
.
17
IC 4052 adalah aplika
mikrokontroller AVR
channel ADC 10bit, j
interface output berup
IC4052, kita bisa mem
tegangan pada 1 port A
2.8. Optocoupler
Optocoupler atau opt
antara rangkaian input
(opto) sebagai penghub
antara kedua rangka
berikut.
17
ikasi Mux yang digunakan untuk menghemat
R. Pada dasarnya, Mikrokontroller hanya m
t, jadi kita hanya bisa memasang 8 buah sensor
berupa variasi tegangan. dengan menggunak
emasang hingga 8 buah sensor yang outputny
1 port ADC mikrokontroller (pradipta, 2011)
optoisolator merupakan komponen penggande
nput dengan rangkaian output yang menggunaka
ghubung. Dengan kata lain, tidak ada bagia
kaian tersebut. Perhatikan gambar rangkai
Gambar2.7 Rangkaian Optocoupler
gian yg konduktif
18
Optocoupler sendiri terdiri dari 2 bagian, yaitu transmitter (pengirim) dan receiver
(penerima)
1. Transmiter, merupakan bagian yg terhubung dengan rangkaian input atau
rangkaian kontrol. Pada bagian ini terdapat sebuah LED infra merah (IR LED)
yang berfungsi untuk mengirimkan sinyal kepada receiver
2. Receiver, merupakan bagian yg terhubung dengan rangkaian output atau
rangkaian beban, dan berisi komponen penerima cahaya yang dipancarkan oleh
transmitter. Komponen penerima cahaya ini dapat berupa photodioda atapun
phototransisto
Jika dilihat dari penggunaannya, optocoupler biasa digunakan untuk mengisolasi
common rangkaian input dengan common rangkaian output. Sehingga supply
tegangan untuk masing-masing rangkaian tidak saling terbebani dan juga untuk
mencegah kerusakan pada rangkaian kontrol (rangkaian input) (Iswanto, 2010).
2.9. Mikrokontroler ATMega16
Mikrokontroler adalah suatu chip yang dapat digunakan sebagai pengontrol utama
sistem elektronika, di dalam chip tersebut sudah ada unit pemrosesan memori
Read Only Memory (ROM), Random Access Memory (RAM), Input-Output, dan
fasilitas pendukung lainnya (Budiharto, 2004) sehingga sangat memungkinkan
untuk membentuk suatu sistem yang hanya terdiri dari single chip (keping tunggal) (Wardhana, 2006). Pada penelitian ini digunakan mikrokontroler
19
Set Computing (RISC) dengan lebar data 8 bit. Bentuk fisik mikrokontroler
ATMega16 dapat dilihat pada gambar 2.8.
Gambar2.8 Mikrokontroler ATMega16 (Soni, 2011).
ATMega16 memiliki fitur ADC 10 bit yang terhubung dengan 8 saluran analog
multiplexer, sehingga memungkinkan untuk membangun sistem elektronika yang kompak. ADC mempunyai pin tegangan catu yang terpisah, yaitu AVCC.
Referensi tegangan internal 2,56 V atau AVCC disediakan didalam chip. ADC
mengkonversi tegangan masukan analog ke nilai digital 10 bit melalui successive approximation. Nilai minimum adalah GND dan nilai maksimumnya adalah
tegangan pada pin AREF dikurangi 1 LSB. Pada pin ADC terdapat rangkaian
sample and hold, dimana teganganinputADC ditahan dalam tingkat yang konstan
pada saat konversi berlangsung. Kecepatan konversinya sekitar 65-260 μ S
20
2. GND sebagai pin G
3. AVCC sebagai pin m
4. AREF sebagian pin m
5. Reset merupakan pi
6. PORT A (PA0-PA
pin masukan ADC
20
okontroler ATMega16
emiliki beberapa PORT yang dapat diguna
Susunan kaki standart 40 pin DIP mikrokontr
ar2.9 Susunan kaki ATMega16 (Data Sheet, 2003
okontroler memiliki fungsi masing-masing yaitu:
n pin masukan positif catu daya;
n GND;
pin masukan tegangan untuk ADC;
pin masukan tegangan referensi;
n pin yang digunakan untuk me-reset mikrokont
A7) merupakan pin I/O dua arah dan dapat dipr
21
7. PORT B (PB0-PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus, yaitu
timer/counter, komparator analog dan SPI (Serial Peripheral Interface);
8. PORT C (PC0-PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus, yaitu
komparator analog dantimer osilator;
9. PORT D (PD0-PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus, yaitu
komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial;
10. XTAL 1 dan XTAL 2 sebagai pin masukan clockeksternal. Sumber detak (clock) dibutuhkan oleh mikrokontroler agar dapat mengeksekusi instruksi
yang ada di memori. Semakin tinggi nilai kristalnya, semakin cepat kerja
mikrokontroler tersebut (Budiharto dan Rizal, 2007).
2.10. Komunikasi SerialRS232
Standart RS232 aturan mengenai level, konektor dan aturan komunikasi antara
DTE (Data Terminal Equipment) dengan DCE (Data Communication Equipment). Contoh DTE adalah Komputer dan DCE adalah modem, antara
komputer dengan modem level sinyal data yang disalurkan pada kabelnya bukan
level TTL, tetapi level RS 232. Pada perkembangannya DCE tidak hanya berupa
modem atau perangkat komunikasi, tetapi bisa berupa instrumentasi seperti pH
meter, timbangan, GPS dan sebagainya.
Level TXD dan RXD adalah TTL (0 dan 5 Volt), sedangkan port serial pada
Komputer yang biasanya digunakan untuk mouse (mouse model lama, yang
bukan PS2) atau modem, adalah RS232, sehingga perlu konverter tegangan
22
Gambar2.10
Penggunaan RS232 de
yang relatif panjang,
noise. Panjang kabe
melainkan asalkan k
sedangkan kecepatan
tranmisi 4800, pengg
memberikan hasil ya
Electronic Industry
sebenarnya standart
standar dan kemudia
dengan RS232 level, di
Konverter RS232 leve
sebagai tegangan ’0′
2.10. Konverter Tegangan dengan Level (Kenun
232 dengan aturan level yang demikian dimaksudka
g, tegangan tidak drop sehingga sinyal tidak te
bel maksimum distandartkan tidak berupa ukur
n kapasitansi tidak melebihi 2500pF, masih
an yang diijinkan tidak lebih dari 20 Kbps.
ggunaan kabel intercom sepanjang 1 roll (100
yang baik. Standar RS232 yang ditetapkan t
y Association dan Telecomunication Indust
rt lama sebelum era TTL muncul, karena sud
udian muncul TTL, maka untuk menjembata
l, dibuat konverter (Kenung, 2011).
level akan menganggap tegangan antara +5 hi
0′ sedangkan tegangan -3 hingga -15 Volt di
antara -3 hingga +3 tidak didefinisikan, seba
h noise. Level TTL diatas 2 Volt yang diangg
kan ke level RS232 yaitu sebesar -15Volt, seda
gan dibawah 0.8V, akan dikonversikan ke +15,
22
nung, 2011).
ksudkan pada jarak
k tenggelam dalam
ukuran panjang,
sih diperbolehkan,
bps. Pada percobaan
(100 yard), masih
n tahun 1962 oleh
ndustry Association
a sudah dianggap
batani antara TTL
5 hingga +15 Volt
dianggap sebagai
sebab didaerah ini
ggap sebagai level
edangkan level ’0′
23
pada konversi sebaliknya, level +3 hingga +15 Volt akan dikonversikan ke level
TTL 5 Volt dan -3 hingga -15 Volt akan dikonversikan ke 0 Volt. Selain sinyal
data, terdapat sinyal-sinyal protokol komunikasi serial pada Komputer dan
dihubungkan keluar melalui konektor male DB9 (komputer baru) atau DB25
(komputer lama), nama sinyal-sinyal tersebut adalah;
Gambar2.11. Koneksi null-modem (Kenung, 2011). Keterangan:
a. TD, Transmit Data;
b. SG, Signal Ground.
c. DTR, Data Terminal Ready;
d. DSR, Data Set Ready;
e. CD, Carrier Detect;
f. RTS, Request To Send;
g. CTS, Clear To Send.
1. Komunikasi asinkron yang sederhana yang disebut sebagal null modem, yang
rangkaiannya diperlihatkan pada gambar 2, adalah dengan menghubungkan
pin-pin DTR, DSR dan CD serta RTS dengan CTS. Sedangkan sinyal data
24
2. Konvertor level untuk saat ini tersedia dalam bentuk IC, contoh adalah ICL232
dari Harris semiconductors, MAX232 dari Maxim dan masih ada beberapa
produk dari lain pabrik yang fungsinya sama. Dalam satu chip ICL232 terdapat
dua pasang konvertor TTL ke RS232 dan kebalikannya. Pada aplikasinya yang
digunakan biasanya hanya satu pasang saja. Gambar 2.12. memperlihatkan
rangkaian level converter untuk interkoneksi antara PC dengan mikrokontroler
ATmega. Selain digunakan chip, konvertor level RS232 dapat dibangun
dengan dua buah transistor yang mudah didapat dipasaran dengan harga murah
dan beberapa komponen resistor dan 1 kapasitor bypass tegangan supply (data
Sheet, 2002).
25
2.11. Delphi
Delphi merupakan salah satu bahas pemrograman (development language) yang
digunakan untuk merancang suatu aplikasi program. Delphi memiliki beberapa
kegunaan diantaranya adalah untuk merancang aplikasi wndows, merancang
program berbasis grafis, membuat program berbasis jaringan, dan membuat
rancangan berbasis internet. Berikut adalah contoh tampilan aplikasi delphi.
Gambar2.13 Tampilan Aplikasi Delphi (Syarif, 2011).
Selain itu juga delphi memiliki keunggulan dalam proses pembuatan berbagai
program diantaranya adalah:
1. IDE (integreted development environment) atau lingkungan pengenbangan
aplikasi sendiri adalah satu dari beberapa keunggulan delphi, didalamnya
terdapat menu-menu yang memudahkan kita untuk membuat sebuah proyek
26
2. Proses kompilasi cepat, pada saat aplikasi yang kita buat dijalankan maka
secara otomatis akan dibaca sebagai sebuah program tanpa dijalankan terpisah.
3. Sangat mudah digunakan, source kode delphi yang merupakan turunan dari
pascal, sehingga tidak diperlukan suatu penyesuaian lagi.
4. Bersifat multi purphase, artinya bahasa pemrograman delphi dapat digunakan
untuk mengenbangkan berbagai keperluan pengembangan aplikasi.Selain itu
delphi juga mendukung untuk membuat aplikasi database yang memungkinkan
user berinteraksi dengan informasi yang tersimpan dalam sebuah database.
Delphi juga memberikan banyak pilihan teknologi kepada developer dalam
membangun aplikasi database sehingga developer dapat mengembangkan
III. METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini mulai dilaksanakan pada bulan April 2015 sampai dengan Mei 2015,
pembuatan alat dan pengambilan data dilaksanakan di Laboratorium Elektonika Dasar
Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung
dan beberapa tempat lainya sebagai pendukung.
3.2. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Solder listrik, penyedot timah, dan kabel penghubung digunakan untuk membuat
rangkaian alat sehingga menjadi satu kesatuan yang sempurna.
2. Multimeter, berfungsi sebagai pembaca nilai tegangan listrik, arus listrik, dan
hambatan listrik pada masing-masing rangkaian.
3. Bor listrik dan mata bor digunakan untuk membuat lubang pada kaki-kaki komponen
elektronika sehingga dapat dipasangkan berbagai konponen.
4. Power Supplydigunakan sebagai sumber tegangan.
5. Pembangkit sinyal (signal generator) digunakan untuk masukan frekuensi tegangan
28
6. Tang, berfungsi sebagai pemotong alat dan komponen yang akan digunakan dalam
pembuatan atau realisasi alat.
7. Komputer, digunakan sebagai media visual dan untuk membuat program pada
mikrokontroler ATmega16, juga digunakan untuk menampilkan masukan gelombang dari pembangkit sinyal.
Sedangkan bahan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Printed Circuit Board (PCB) berfungsi sebagai tempat meletakkan komponen alat elektronika yang akan dirangkai.
2. Resistor untuk memperkecil arus yang masuk pada rangkaian.
3. Kapasitor sebagai penyimpan muatan listrik.
4. Pelarut FeCl3untuk melarutkanPrinted Circuit Board(PCB).
5. Dioda sebagai penyearah arus AC ke DC.
6. Kabel had berfungsi sebagai koneksi masukan dari pembangkit signal ke rangkaian
pemilih sandapan 12lead.
7. Kristal berfungsi sebagai pembangkit osilator tipe11 0592 mHz. 8. TL521 berfungsi sebagai gerbang pelilihlead.
9. RS232digunakan untuk komunikasi data serial ke komputer.
10. ATmega16 berfungsi sebagai pengolah data program yang akan dikomunikasikan melaluiRS232ke komputer.
11. Kabel USB RS232 konektor DB9, digunakan sebagai penghubung rangkaian sistem akuisisi data ke komputer.
12. IC4052berfungsi sebagai multiplexer gerbang utama pemilih sandapan 12lead.
13. IC4011berfungsi sebagai pengatur selektor kelead.
29
3.3. Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian meliputi perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat
lunak. Mikrokontroler memilih channel dari 12 lead yang akan dikomunikasikan ke komputer. Mikrokontroler berkomunikasi dengan komputer secara serial dengan
menggunakan USB RS232 kemudian akan dibaca kembali oleh komputer. Komputer membaca sinyal EKG 12 lead yang dikirim oleh mikrokontroler. Komputer hanya
menampilakan sinyal EKG dari 12leaddalam bentuk gelombang sesuai dengan masukan tegangan dari pembangkit sinyal (sinyal generator).
1. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Perancangan perangkat keras terdiri dari rangkaian pemilih sandapan 12 lead, bit
selektor, mikrokontroler ATMega16, buffer (penyangga), USB to serial RS232, dan
komputer. Gambar 3.1 berikut ini merupakan gambar blok diagram rancangan perangkat
keras.
30
Masukan sinyal pada pemilih sandapan 12 lead terdiri dari 10 masukan tegangan yang
berbeda. Sebelum masuk ke pemilih sandapan 12 lead, terlebih dahulu akan di proses oleh buffer (penyangga) supaya keluaran interfacing pada komputer akan tetap sama
dengan masukan. Seluruh masukan pembangkit sinyal akan melewati rangkaianbuffer, namun yang membedakan masukan masing-masing lead tersebut adalah Lead I, II, III, AVR, AVF, dan AVL akan melewati rangkaian jaringan wilson, sedangkan masukan,
, , , , , setelah rangkaianbufferlangsung diproses oleh rangkaian multiplexer
atau pemilih sandapan 12 lead. Dari rangkaian pemilih sandapan 12 lead masuk ke rangkaian selektor, memilih lead yang akan di tampilkan pada proses interfacing
komputer. Setelah proses diolah oleh mikrokontroler data masukan dari pembangkit
sinyal dikomunikasikan ke komputer melalui proses komunikasi serial olehRS232.
2. Rangkaian Wilson dan Pemilihan Sandapan
Rangkaian pemilihan sandapan 12 lead atau disebut juga rangkaian pemilihan lead
terdiri dari susunan resistor, analog multiplexer 4052 dan rangkaian jaringan wilson.
IC4052ini terdiri dari dua bagian dari empat saklar dua arah yang masing-masing dengan satu sisi dihubungkan ke jalan masuk/jalan keluar mandiri (X0...X 3 , Y0...Y 3) dan sisi
yang lain dihubungkan ke jalan masuk/jalan keluar bersama (X,Y). Untuk lebih jelasnya
31
32
Keterangan:
I = teganganleadI aVR = tegangan diperkuatleadaVR II = teganganleadII aVL = tegangan diperkuatleadaVL
III = teganganleadIII aVF = tegangan diperkuatleadaVF VLA = potensial pada tangan kiri Vi = tegangan enamleaddada VRA = potensial pada tangan kanan vi = potensial pada enamleaddada
VLL = potensial pada kaki kiri VW = potensial pada terminal pusat wilson
Dari multiplexer 4052 pada rangkaian pemilihan sandapan 12 lead membutuhkan rangkaian jaringan wilson untuk mengurangi jumlah resistor yang terlalu banyak.
Rangkaian jaringanwilson membutuhkan resistor untuk setiaplead padaEKG ini adalah leadpada bidang frontal danleadbidang horizontal. Selain bertujuan mengurangi jumlah resistor yang berlebihan pada alat, jaringan wilson juga sangat dibutuhkan dalam
pengukuran sinyal secara keseluruhan. Gambar 3.3 berikut adalah rangkaian jaringan
wilson.
33
Setiap sinyal yang masuk pada jalan masuk/jalan keluar mandiri akan disalurkan ke jalan
masuk/ jalan keluar bersama sesuai dengan bit-bit kontrol yang diberikan pada masuk
kontrol A, B dan INH dariIC 4052, dimana A dan B berfungsi sebagai kontrol pemilihan
dan INH sebagai chip-Enable. Untuk dapat menyalurkan lead yang akan direkam (I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1, V2, V3, V4, V5, dan V6), maka rangkaian pemilihan lead memerlukan bit-bit kontrol. Oleh karena itu, diperlukan suatu rangkaian yang dapat
menghasilkan bit-bit kontrol yaitu rangkaian pengubah sinyal pemilih lead. Rangkaian pengubah sinyal pemilihan lead terdiri atas 4 buah gerbang NAND (IC 401), 2 buah
gerbang NOT (IC 4584) dan 4 buah optocoupler (TLP521-4). Konfigurasi gerbang NAND dan NOT akan menghasilkan bit-bit kontrol untuk kendali masukan INH,
sedangkanoptocoupler selain menggerakkan konfigurasi gerbang NAND dan NOT juga
menghasilkan bit-bit kontrol untuk kendali masukan A, B, C, dan D. Untuk setiap IC
pada rangkaian disimbolkan dengan Un. n menandakan nomor IC yang digunakan dari sejumlah IC yang dipakai dalam setiap pemilihan lead. Berikut adalah tabel bit-bit
kontrol rangkaian pemilih sandapan 12lead.
Tabel3.1 Bit-bit Kontrol Rangkaian Pemilihan 12Lead
34
masukan INH, sedangkan opt danNOTjuga menghasilka
pada rangkaian pemilihan
dengan Un. n menandakan dalam setiap pemilihanlead
34
Sandapan
ngkaian Pengubah Sinyal Pemilihan Sandapan
nyal diatas merupakan pemilihan lead terdiri dar h gerbang NOT (IC 4584) dan 4 buah optocoupl
ND dan NOT akan menghasilkan bit-bit kont
n optocoupler selain menggerakkan konfigurasi kan bit-bit kontrol untuk kendali masukan A da
n lead. Untuk setiap Gambar IC pada rangk kontrol untuk kendali
urasi gerbang NAND dan B dariIC 4052
gkaian disimbolkan
35
4. RangkaianBuffer
Rangkaian buffer berfungsi untuk menguatkan sinyal clock dan sinkronisasi agar cukup kuat untuk ditransmisikan melalui kabel dengan jarak yang cukup jauh. Rangkaian buffer harus memiliki impedansi keluaran yang cukup rendah. Karena jalur clock dan
sinkronisasi ini merupakan jalur "bus" yang dihubungkan kerangkaian client (cabang)
secara pararel. Arus keluaran juga harus cukup besar, sehingga mampu menggerakkan
beberapa cabang seperti sensor elektroda atau inputan tegangan dari pembangkit sinyal, (RA, LA, LL, V1, V2, V3, V4, V5, V6, dan RL)rangkaianwilson, dan keluaran yang masuk ke komputer. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 3.5.
36
5. Rangkaian Sistem MinimumATmega16
Rangkaian sistem minimum pada mikrokontroler ATmega16 adalah rangkaian sistem minimum yang compatibledengan kontrolATmega16.Tujuan rangkaian mikrokontroler adalah untuk memudahkan pengecekan logika pada saat pengujian program. Untuk lebih
jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.6.
37
6. Rangkaian KomunikasiRS232
StandarRS232aturan mengenai level, konektor dan aturan komunikasi antara DTE (Data Terminal Equipment) dengan DCE (Data Communication Equipment). Contoh DTE adalah komputer dan DCE adalah modem, antara komputer dengan modem level sinyal
data yang disalurkan pada kabelnya bukan level TTL, tetapi level RS232. Pada perkembangannya DCE tidak hanya berupa modem atau perangkat komunikasi, tetapi
bisa berupa instrumentasi seperti pH meter, timbangan, GPS dan sebagainya. Level TXD
dan RXD adalah TTL (0 dan 5 Volt), sedangkan port serial pada komputer yang biasanya
digunakan untuk mouse (mouse model lama, bukan PS2) atau modem, adalah RS232,
sehingga perlu konverter tegangan. Perhatikan gambar 3.7 dibawah ini.
38
Jika diperhatikan dari rangkaian RS232 di atas, USB yang akan digunakan pada
penelitian ini adalah jenis ttl 0 sampai dengan 5 volt. Fungsi dari ttl ini digunakan untuk
media komunikasi alat ke komputer.
3.4. Perancangan Perangkat Lunak (Software)
Pada perancangan perangkat lunak ini program yang digunakan untuk pemrograman
mikrokontrolerATMega16 adalah bahasa Basic. Bahasa Basic mempunyai struktur yang
baik sehingga mudah dipahami dan mudah dalam pembuatan program. Mikrokontroler
dirancang untuk melakukan proses konversi analog ke digital, pengiriman data melalui
komunikasi serial dengan menggunakan USB RS232, dan mengontrol rangkaian
pemilihan sandapan. Perangkat lunak pada komputer memeroses data untuk ditampilkan
dalam bentuk grafik. Untuk merespon request dari komputer maka perlu adanya pemrograman mikrokontroler. Jika adarequestdari komputer program akan menentukan
mode dan lead mana yang dipilih sesuai dengan karakter yang dikirim oleh komputer. Apabila komputer meminta mikrokontroler untuk memulai proses konversi maka
konversi akan bernilai satu. Jika konversinya bernilai satu, maka program akan dibaca
data dari ADC dan mengirimkannya ke komputer. Dalam prosesnya, pengiriman data
dan dilakukan secara terus menerus sampai ada perintah dari komputer yang menunjukan
agar mikrokontroler berhenti melakukan proses konversi data. Gambat 3.8 sampai
39
40
41
42
3.5. Rancangan Tabel Dalam Program
Adapun rencana dalam program yang peneliti buat adalah sebagai berikut:
No Lead Tegangan Frekuensi Jenis Gelombang
1 I ... ... ...
Berdasarkan rancangan tabel diatas maka masukan berasal dari pembangkit sinyal
menghasilkan keluaran tegangan sebanyak 12 lead yang dipasang secara bergantian. Proses rekaman dilakukan oleh empat IC4052 sebagai multiplexer. IC4052 ini terdiri
dari empat saklar dua arah yang masing masing sisi dihubungkan ke jalan masuk dan
jalan keluar. Setiap Sinyal yang masuk pada masing-masing masukan dan keluaran dapat
menyalurkan masing-masing lead yang diinginkan. saluran lead yang akan direkam
adalahI, II, III, aVR, aVL, aVF, , , , , , . Berikut adalah Port 12 leadyang
43
1. Lead I = −
2. Lead II = −
3. Lead III = −
4. Lead aVR = − ( + )/ 2
5. Lead aVL = − ( + )/ 2
6. Lead aVF = − ( + )/ 2
7. Lead = −
8. Lead = −
9. Lead = −
10. Lead = −
11. Lead = −
12. Lead = −
Dengan demikian, diperlukan sebuah rangkaian yang dapat menghasilkan keluaran
sebanyak 12lead. Beberapa bagian penting pada alat diantaranya adalah ttlto cmos, ttl to
3.6. Gambar Rangkaian Secara Keseluruhan
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan analisis data dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat di
peroleh kesimpulan sebagai berikut.
1. Perancangan hadwaresistem instrumentasi akuisisi data EKG 12 leadberbasis
komputer terdiri atas empat IC4052 sebagai multiplexer dan mikrokontroler ATMega16 sebagai pengendali utama yang mampu mendeteksi frekuensi 10
s.d. 50Hzdengan tegangan masukan maksimal 5volt.
2. Jaringan pemilih sandapan 12 leadmerekam data serial secara bergantian dari 12 masukan yang berasal dari pembangkit sinyal dengan jalur utama
komunikasi perangkat yaitu USB to Serial RS232 (DB9) yang diawali dengan proses konversi sinyal analog menjadi digital menggunakan mikrokontroler
ATMega16.
3. Keberhasilan merekam dan menampilkan sinyal EKG 12 lead pada komputer dengan menggunakan software delphi7 menunjukan bahwa frekuensi keluaran
sama dengan tegangan masukan yang berasal dari pembangkit sinyal karena
64
5.2. Saran
Adapun saran-saran untuk penelitian selanjutnya terkait dengan sistem
instrumentasi akuisisi data EKG 12 lead berbasis komputer adalah sebagai berikut.
1. Perekaman frekuensi maksimal 50 Hz masih menggunakan masukan tegangan dari pembangkit sinyal antara 0 s.d. 5 volt disarankan untuk mengurangi
frekuensi maksimal 30 Hz kemudian menggunakan masukan lansung dari tubuh manusia dengan menggunakan sensor tertentu.
2. Penelitian yang mendatang dapat menggunakan sistem rekaman data frekuensi
DAFTAR PUSTAKA
Agung, 2003. Realisasi Elektrokardiograf berbasis komputer. Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro. PT UNUD. Jurnal Tekologi Elektro.Vol.4, No.1.
Agung. IGAP, 2005. Realisasi Elektrokardiograf Berbasis Personal Untuk Akuisisi data Isyarat Elektris Jantung. Jurnal Teknologi Elektro, Vol.4, No.1
Agung, 2009. Merancang Akuisisi Data Isyarat EKG 12 Lead Menggunakan Interfacing Paralel PPI8225, Jurnal Teknik Elektro, Vol.4, No.1 Januari Halaman 18.
Aston. R, 1991. Prinsiples of biomedical instrumentation and measurement. Maxwell macmillan publishing, singapure.
Bao. Z, 2003. Investigation of New ECG Amplifier Circuits and Heart Rate Detector, Master Thesis, Medical Electronics and Physics, Dept. of Engineering, University of London.
BSI, 2006. Modul Prakterk Laboratorium Komputer, Bina Sarana Informatika, Akademi Manajemen Informatika dan komputer, Jakarta.
Bronzino, J.D, 1995. The Biomedical Engineering Handbook, CRC Press, Boca Raton, Florida.
Budiharto. W, 2004. Interfacing Komputer dan Mikrokontroler. Elex Media Komputindo. Jakarta.
Budiharto, W. dan Rizal. G, 2007. Proyek Mikrokontroler. Elex Media Komputindo: Jakarta.
Chen, et,all, 2008.ECG Measurement System, (http://www.cisl.columbia.edu/king et_group/student_projects/ECG%20Report/).
Data Sheet IC4052, 2002. CD4052 CMOS Single 8-Channel Analog Multiplexer/ Demultiplexer With Logic-Level Conversion. http://www.ti.com/lit /ds/ symlink /cd4051b.pdf.
Data Sheet MAX232, MAXIM. 2002. Matrix Multimedia RS232 Board. http://www.farnell.com/datasheets/58833.pdf.
Data Sheet MAX232, MAXIM. 2002. Matrix Multimedia RS232 Board. Appendix 1 Circuit Diagram. Hal.8. http://www.farnell.com/datasheets/58 833.pdf.
Data Sheet. 2003. Atmel 8-bit AVR Microcontroler With 16k Bytes In-system Programmable Flash. https://ccrma.stanford.edu/courses/250a-fall-2003/docs/atmel/ATMega16_Summary.pdf.
Davidtuans. A.S, 2012. Anatomi Jantung Pada Manusia. Laboratorium UMI, Makasar. http://www.scribd.com/doc/64400887/ANATOMI-JANTUNG-MANUSIA.
Davidtuans. A.S, 2012. Anatomi Jantung Pada Manusia. Laboratorium UMI, Makasar. Jantung Normal dan Abnormal. http://www.scribd.com/doc/6440 0887/ANATOMI-JANTUNG-MANUSIA.
Harjana, 2004.Gejala Penyakit Jantung Dan Serangan Jantung, http://gejalapenyakitJantung.com/2013/04/gejala-penyakit-jatung-dan-serangan.
Iswanto. Andri, 2010. Perancangan Sistem Tata guna Perangkat optocoupler Neural Network. Tugas Akhir. Institut Teknologi Sepuluh November.
Jatmiko. Dkk, 2013. Teknis Biomedis Teori Aplikasi. Penyakit jantung dan Penanganannya.Depok: FIK UI. Hal 31.
Juntak, 2011.Elektrokardiogram (EKG).http://ivanjuntak.blog.usu.ac.id/2011/05/ elektrokardiogram-ekg. Diakses 15 Desember 2011.
Kenung, 2011. Antar Muka Ke Serial Port, teklaktekl dotcom. Tempat Barbagi pengetahuan. http://www.elektro.undip.ac.id/kenung/?p=532.
Knneth S. S, 1998. Anatomy And Physiology : The Unity Of Form and Function, Mc Graw Hill Company, New York, USA (http://www.aa.psu.edu/dif/mms/ courses/bo141/s41card2.htm).
Pradipta, 2011. Instrumentasi cara penggunaan IC4052 sebagai multiplexer Berbasis Mikrokontroler.Skirpsi. Depok: FMIPA UI.
Rahmawati. AS, 2014. Pemeriksaan EKG pada kasus Elektrical Burm. Program Megister Keperawatan. Bandung. Fakultas keperawatan Universitas Padjadjaran.
Raka, 2009. Realisasi Elktrokardiografi Berbasis Komputer Personal Untuk Akusisi Data Isyarat Elektris Jantung, Jurnal Teknologi elektro, Vol.4, No.1Januari-Juni, Hal. 14-19.Putra, A. E. 2002. Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi.Gava Media: Yogyakarta.
Rizal, & Suryani, 2008. Pengenalan Signal EKG Menggunakan Dekomposisi Paket Wavelet dan K-Means-Clustering. Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2008 (SNATI 2008), 51-54.
Saparudin, & Edvin, 2010.Identifikasi Kelainan Jantung Menggunakan Pola Citra Digital Electrocardiogram.Jurnal Generic, Vol. 5 No.1 ,25-30.
Sony, dkk. 2011. Konfigurasi Mikrokontroler 8 bit Sebagai pengontrol utama pada Elektronika.Seminar Nasional Mikrokontroler 2010,Bandung: Institut Teknologi Bandung.
Surtono, Arif., 2011. Perkembangan sinyal Elektrokardiografi (EKG) melalui port Sound Card computer dan Pemrosesannya menggunakan transformasi Wavelet, Laporan Penelitian DIPA Universitas Lampung. Lampung: Bandar Lampung.
Susilo, D. 2010.48 Jam Kupas Tuntas Mikrokontroler MCS51 Dan AVR.Penerbit Andi: Yogyakarta.
Suryadi, 2012. Perancangan Pembuatan Alat Deteksi Sinyal Elektris Jantung. Skripsi. Depok: Universitas Indonesia.
Syarif, Iwan. 2011. Konsep Dasar Pemrograman Basic, Diktat Kuliah Bahasa Komputer I. Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. ITS. Surabaya. Hal. 11-12.
Townsend. N, 2001.Medical Electronic: ECG Instrumentation, htttp://www.robot s.ox.ac.uk/neil/teaching/lectures/med_elec.
