commit to user
PERANCANGAN BIOINSTRUMENT HEART
RATEMONITOR SEPULUH DENYUT PER SATUAN WAKTU
DENGAN TRANSMISI RADIO FREKUENSI (RF)
Skripsi
Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ESHA DARWINSA NIM. I0306034
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
commit to user ABSTRAK
Esha Darwinsa. NIM I0306034. PERANCANGAN BIOINSTRUMENT HEART RATE MONITOR SEPULUH DENYUT PER SATUAN WAKTU DENGAN TRANSMISI RADIO FREKUENSI (RF).Skripsi. Surakarta: Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Juni 2011.
Energi yang dibutuhkanolehseseorangbervariasimenurutumur,
jeniskelamin, danaktivitasfisik yang dilakukansepanjanghari. Salah
satucaramengukurenergiekspendituraktivitasfisikdilakukandenganmemonitordeny
utjantung.Dalammendapatkan data denyutjantungdiperlukanhea rt rate
monitoruntukmempermudahpengukuran. Padasuatueksperimen, penyimpanan
data hasilpengukuraninipentinguntukdiolahataudianalisislebihlanjut.Di pasaran,
hea rt rate monitor yang dapatmenghitung data
hasilpengukurandenyutjantungpadasaatobjekmelakukanaktivitasdanmempunyaipe
mbacaan yang rea l time sertamempunyaipenyimpan data
hasilpengukuransulitditemukan.Olehkarenaitu,
penelitianinibertujuanuntukmerancanghea rt rate monitoryang
mampumengukurdenyutjantungpadasaatobjekmelakukanaktivitasdenganpembaca
an yang rea l timedanhasilpengukurandapatsimpanpada data storage.
Tahappetamadalampenelitianiniyaitumengidentifikasikarakteristikdanspesif
ikasidesign hea rt rate monitor yang terdapat di pasaran.
Tahapselanjutnyayaitumerancanghea rt rate monitoryang terdiridariperancangan
hardware dan software. Ha rdwa repadaheart rate monitorinimempunyai 5
blokutama, yaitublokhea rt ratetra nsducer, blokpengkondisisinyal, blok data
counting, bloktransmitter, blokreceiver. Softwareheartrate
monitordirancangsebagaidispla yhasilpengukurandansebagaisaranapenyimpan data
hasilpengukuran. Hea rt rate
monitorrancangankemudiandirealisasikandandilakukanpengujianuntukmengukurd
enyutjantung (heart
rate)dariseorangobjek.Pengujianpengukurandenyutjantunginidilakukanterhadap5o
bjekdenganaktivitasberjalankemudianberlari.
Aktivitasberjalankemudianberlaridimaksudkanuntukmelihattingkatperubahannilai denyutjantungberdasarkantingkataktivitasfisik yang dilakukan
Penelitianinimenghasilkanhea rt rate monitordengantransmisiRadio
Frekuensi (RF)yang telahdiujiuntukmengukurdenyutjantung.
Hasildaripengukuranberupa data denyutjantungyang
disajikandalambentukgrafik.Grafikdenyutjantungmemberikanpolaperubahankecep
atandenyutjantung yang sesuaidengantingkataktivitasfisik yang
dilakukanolehobjekpengukuran.Software darihea rt rate
monitorinihanyasebagaipenyimpan data. Data hasilsimpanan software
inimenggunakan format Ms. Accesssehinggauntukmengolah data harus di
konversidalamMs.excel.
Kata kunci: Hea rt rate monitor,Radio frequency (RF)
commit to user Daftarpustaka: 22 (1991 - 2010)
ABSTRACT
Esha Darwinsa. NIM I0306034. THE DESIGN OF HERAT RATE MONITOR TEN BEAT PER UNIT OF TIME WITH RADIO FREQUENCY (RF) TRANSMISSION. Final Assignment. Surakarta: Industrial Engineering Department, Faculty of Engineering, SebelasMaret University, June 2011.
The energyrequiredby apersonvariesaccording toage, sex, andphysical
activitythroughout theday. One way
ofmeasuringphysicalactivityenergyexpendituresby monitoring theheart rate.In
obtainingthe dataheartrateneeded heart ratemonitorforeasymeasurement.
Inanexperiment, data result from measurement isan importanttobe
processedoranalyzed further. In the market, heartratemonitorthatcan measureheart
ratewhenobjectsdoing an activities
andhavearealtimereadingandstoringmeasurement datahavehard to find. Therefore,
thisstudyaimstodesign aheartratemonitorthatcanmeasureheart rateatthe
objectdoing an activitywithreal-time readingsandthe measurement resultscan bestoredindatastorage.
The first stageinthis studyisto identifythe
characteristicsanddesignspecificationscontainedin heart ratemonitorsonthe market.
The next stageisdesigning
theheartratemonitorconsistingofhardwareandsoftwaredesign. Hardwareon
theheartratemonitorhas 5mainblocks, namelyheartrate transducer block, signal conditioningblock, datacounting block, transmitter block,andreceiverblocks. Softwaredesignedas aheartratemonitordisplayandmeasurement result datastorage.
Heartratemonitordesignedthenimplementedand testedtomeasureheart
rateofanobjects. The tests forheart ratemeasurementwas carried
outagainst5objectswith the activity ofwalkingand thenrunning.
Activitiesintendedto walkand thenrunto see thelevelof changes inheart ratebased on thelevel ofphysical activity.
The result is heart ratemonitorwithRadioFrequency(RF) transmission thathave been tested tomeasureheart rate. Results from measurements of heart rate data are presented in graphical form. The graph of heart rate gives patterns of changes heart rate corresponding to the level of physical activity ofmeasurementobject. Software from this heart rate monitor is only as data storage. Outcome data storage software uses a Ms.Accessformat,so to process measurement data must be converted in Ms.excel format.
Key word: Hea rt rate monitor,Radio frequency (RF)
commit to user
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1Aktivitas Fisik Terhadap Energi Tubuh ... II-1
2.2Cara Pengukuran Energy Yang DigunakanTubuh ... II-2
2.2.1 Denyutjantung ... II-2
2.2.2 Energi expenditur ... II-4
2.3Heart Rate Monitor ... II-6
2.4Sisitem Instrumentasi ... II-8
2.4.1 Transducer (Sensor) ... II-9
2.4.2 Power suplay (catu daya)... II-9 HALAMAN JUDUL ...
LEMBAR PENGESAHAN ...
LEMBAR VALIDASI ...
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH ...
SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ...
commit to user
2.4.3 Signal conditioner (Pengkondisian sinyal) ... II-10
2.4.4 Mikrokontroler ... II-13
2.4.5 Wireless Media ... II-16
2.4.6 Interface tool ... II-17
2.5Penelitian Sebelumnya ... II-19
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Identifikasi ... III-2
3.2 PengumpulanData ... III-2
3.3 Pengolahan Data ... III-4
3.4 AnalisisDan InterpretasiHasil ... III-4
3.5 Kesimpulan Dan Saran ... III-5
BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
4.1 Pengumpulan Data ...IV-1
4.1.1Identifikasi Heart Rate Monitor Sebelumnya ...IV-1
4.1.2Spesifikasiteknik heart rate monitor...IV-3
4.2 Perancangan hardware dan software interface ... IV-17
4.2.1Blok heart rate tarnsduser ...IV-6
4.2.2Blok pengkondisiansinyal ...IV-8
4.2.3Blok data counting...IV-9
4.2.4Blok transmitter (pemancar) ... IV-13
4.2.5Blok receiver (penerima) ... IV-15
4.2.6Rancangan hardware keseluruhan ... IV-17
4.2.7Perancanagn Software interface ... IV-19
4.3 Percobaan Pengambilan Data Heart Rate ... IV-22
4.3.1HasilPengukuranpadaobjek 1 ... IV-22
4.3.2HasilPengukuranpadaobjek 2 ... IV-24
4.3.3HasilPengukuranpadaobjek 3 ... IV-26
4.3.4HasilPengukuranpadaobjek 4 ... IV-27
commit to user BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL
5.1 AnalisaRancanganHeart Rate Monitor ... V-1
5.2 AnalisisHasilPembacaan Heart Rate Monitor... V-3
5.3 InterpretasiHasil ... V-4
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan...VI-1
6.2 Saran ...VI-1
commit to user
DAFTAR TABEL
Table 2.1Klasifikasikerjaberdasarkan %CVL ... II-4
Tabel 4.1 Data denyutnadiobjek 1... IV-23
Tabel 4.2 Data denyutnadiobjek 2... IV-24
Tabel 4.3 Data denyutnadiobjek 3 ... IV-26
Tabel 4.4 Data denyutnadiobjek 4... IV-28
Tabel 4.5 Data denyutnadiobjek 5... IV-29
commit to user
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Aliranperedarandarah ... II-3
Gambar 2.2 Total energy expenditur ... II-5
Gambar 2.3 Heart rate monitor ... II-7
Gambar 2.4 Finger clip sensor ... II-8
Gambar 2.5 Blok diagram secaraumuminstrumentasielektronik ... II-8
Gambar 2.6 Bentukgelombang FSK... II-12
Gambar 2.7 Blok diagram mikrokontroler (AT89s51) ... II-15
Gambar 2.8 Diagram deteksidenyutjantung ... II-19
Gambar 2.9 Transmisi data wireless ... II-20
Gambar 2.10 Diagram blokskema transmitter dan receiver ... II-20
Gambar 3.1 Metodologipenelitian ... III-1
Gambar 4.1 Diagram blokdeteksidenyutjantung ...IV-1
Gambar 4.2 Perangkat heart rate ...IV-2
Gambar 4.3 Diagram blokskema transmitter dan receiver ...IV-2
Gambar 4.4 Blok diagram heart rate monitor ...IV-5
Gambar 4.5 Prinsip finger clip sensor ...IV-7
Gambar 4.6 Desain finger clip sensor ...IV-7
Gambar 4.7 Realisasirancanganbloktransduser ...IV-8
Gambar 4.8 Perhitungan 1 siklusdenyut ... IV-10
Gambar 4.9 Flowchart program perhitungandenyut ... IV-11
Gambar 4.10 Rangkaianblokperhitungandenyut ... IV-12
Gambar 4.11a) Gambarblokpengkondisisinyal,
b) Gambarblokcounting data ... IV-12
Gambar 4.12 Realisasiperancanganblokpengkondisisinyaldan
blok counting data... IV-13
Gambar 4.13 Pemancar RF dengantipe TLP434 A ... IV-13
Gambar 4.14 Rangkaian Blok pemancar RF ... IV-14
Gambar 4.15 Format data pemancar ... IV-15
Gambar 4.16 Realisasirancanaganblok transmitter ... IV-15
Gambar 4.17 Penerima RF dengantipe RLP 434A... IV-16
commit to user
Gambar 4.18 Rangkaianblokpenerima RF ... IV-16
Gambar 4.19 Realisasirancanagnblok receiver ... IV-17
Gambar 4.20 Realisasirancanganbloktranducer, pengkondisisinyal,
blok counting dantransmiter ... IV-18
Gambar 4.21 Realisasiblok receiver ... IV-13
Gambar 4.22 Rancanagan interface heart rate monitor ... IV-13
Gambar 4.23 Posisirancanagn interface heart rate monitor ... IV-14
Gambar 4.24 Grafikhasilpengukuran data bpmobjek 1... IV-23
Gambar 4.25Grafikhasilpengukuran data 10 denyut per satuan
waktuuntukobjek 2 ... IV-24
Gambar 4.26 Grafikhasilpengukuran data bpmobjek 2... IV-25
Gambar 4.27 Grafikhasilpengukuran data 10 denyut per satuan
waktuuntukobjek 2... IV-25
Gambar 4.28 Grafikhasilpengukuran data bpmobjek 3... IV-26
Gambar 4.29 Grafikhasilpengukuran data 10 denyut per satuan
waktuuntukobjek 3... IV-27
Gambar 4.30 Grafikhasilpengukuran data bpmobjek 4... IV-28
Gambar 4.31 Grafikhasilpengukuran data 10 denyut per satuan
waktuuntukobjek 4... IV-29
Gambar 4.32 Grafikhasilpengukuran data bpmobjek 5... IV-30
Gambar 4.33 Grafikhasilpengukuran data 10 denyut per satuan
waktuuntukobjek 5... IV-30
Gambar 5.1 Grafikbpmdalamaktivitasjalankemudianberlari ... V-3
Gambar 5.2 Grafik 10 denyut per satuanwaktudalamaktivitasjalan
commit to user
I-1
BAB I
PENDAHULUAN
Padababinidiuraikanbeberapahalpokokmengenaiperancanganbioinstrument
hea rt rate monitor, yaitulatarbelakangpenelitian, perumusanmasalah,
tujuandanmanfaatpenelitian, batasanmasalahdanasumsi,
sertasistematikapembahasan.
1.1 LATAR BELAKANG
Energiyang diperlukan olehseseorang
bervariasimenurutumur,jeniskelamin,danaktivitasfisik
yangdilakukansepanjanghari. Salah satucaramengukur energi ekspendituraktivitas
fisik dilakukan dengan memonitor denyut jantung. Memonitordenyut
jantungsecaraterus-menerus, dapatdigunakan untuk memperkirakan nilai
VO2yaitu volume oksigen yang di
konsumsiataudiperlukanuntukaktivitas.Sehinggadengan
menggunakanpersamaanstandar
ca lorimetrichubunganantaradenyutjantungdanenergi ekspenditurdapatdibentuk
(RowettResea rch Institute, 1992).
Dalampenentuanenergi ekspenditur digunakan parameter
indekkenaikanbilangankecepatandenyutjantung.Indekinimerupakanperbedaananta
rakecepatandenyutjantungpadawaktukerjatertentudengankecepatandenyutjantungp
adasaatistirahatdimanapeningkatan denyut jantung tersebutberkaitan dengan
meningkatnya level pembebanan kerja.
Hea rt rate merupakan representasi dari denyut nadi per satuan waktu dari
suatu objek (Wikipedia, 2010). Pengukuran denyutjantungdari suatu objek
mempunyai pola tertentu dalam mencapai suatu denyut persatuan waktu data
pengukuranmewakilitingkat kelelahan dari objek tersebut. Data denyutjantungini
memberikan informasi tentang energi ekspenditur dan tingkat kelelahan dari suatu
objekdalammelakukansuatuaktivitas.
Dalam mendapatkan data denyutjantungdiperlukan suatu alat
monitoringhea rt rate.Dipasaran hea rt rate monitorini
commit to user
I-2
rate monitor.Pada POLAR heart rate monitormenggunakanelektrodaberupasabuk
yang diletakkan di dada untukmengukurdenyutnya, untuk system
perhitungandenyutnyasamasepertihea rt rate monitordipasaran yang lain
yaitudenganmembacadenyutdalamsesaatkemudiandigunakan sampling
untukmengukurdenyutdalam 1 menit. TIMEX hea rt rate monitormempunyaicara
yang serupadengan POLAR dalamhalpembacaannamununtuk sensor
pengukurdenyutjantungdimodifikasi agar lebihnyaman. Keduahea rt rate monitor
monitor tersebuttidakdilengkapipenyimpan data hasilpengukurandan sensor yang
digunakandapatterganggusaatmembacaketikabadanpenggunabergerak. Segi
fungsionalitas, hea rt rate monitor yang terdapat dipasarankurang sesuai untuk
kepentingan pengambilan data suatu objek pada suatu eksperimen.
Hea rt ratemonitor dipasaran dalam pembacaan denyut jantung dalam satu
menit menggunakan metode perhitungan frekuensi aliran darah yang mengalir
selama 10 detik, dimana hasil yang diperoleh dikalikan 6, jadi total waktu yang
diperoleh adalah 1 menit (Erliyanto, 2008). Sehinggadalam pembacaan tentu saja
terdapat perbedaan dari hea rt rate yang sebenarnya selama satu menit.
Hea rt Rate Monitor yang terdapat di
pasaranmemilikibeberapakekurangandalampembacaan data yang tidak rea l time
terhadap waktudanpembacaan data
saatobjekmelakukansuatuaktivitassepertiberjalandanjalancepat.Hal
inisulitdilakukankarena data hasilpembacaandenyutjantungdi pasaran tidak dapat
disimpan dalam datastora ge.Dalamsuatueksperimen,penyimpanan data
hasilpengukuraninipentinguntukdiolahataudianalisislebihlanjut.Di pasaran,hea rt
rate monitor yang
dapatmenghitungdenyutjantungpadasaatobjekmelakukanaktivitasdanmempunyaip
embacaan yang rea l time sertamempunyaipenyimpan data
hasilpengukuranjarangditemukan.
Oleh karena itu hea rt rate monitor ini harus dirancang secara integral antara
pembacaan atas waktu (rea l time) dengan data yang dapat ditampilkan dari hasil
pengukuran objek. Denyutjantunghasil pengukuraninidapat dibaca melalui
commit to user
I-3
yang diterima reciever untuk selanjutnya disimpan pada
datastora geuntukselanjutnyadiolahsehinggadidapatkaninformasi yang diperlukan.
Berdasarkan gambaran ini data denyutjantungdalam analisa aktivitas fisik
objek yang berkaitan dengan penggunaan energi maka dari penjelasan diatas
diperlukan perancangan perangkat hea rt rate monitor dengan sistem
pembacaanyang dapatmembaca data padaaktivitaskeseharianobjekdengan
menggunakan sensoryang dapatmelihatperubahanalirandarahpadajari. Sensor
inimenggunakanprinsipfrekuensi irama aliran darah pada pembuluh darah jari
yang padadasarnyamerupakanrepresentasifrekuensidenyutjantung.Sensor
ininantinyaakandijepitkanpadajaridalampenggunaanya.
Data hasil pembacaan dari sensor akan ditranmisikan dengan menggunakan
wireless.Penggunaanwirelessdimaksudkan agar tidakmengganggugerak yang
dilakukanobjekpenelitianselamaberaktivitas. Data
inikemudianditerimarecieverdan ditampilkan pada LCD yang dihubungkandengan
perangkatPC unit yang selanjutnya disimpan pada data storage, sehingga data
inidapatdiolahuntukanalisisfisiologiobjek.
1.2PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan uraianmasalahdi atas maka perumusan masalah
padapenelitianiniadalah bagaimanamerancanghea rt rate monitor yang
dapatmenghitungdenyutjantungpadasaatobjekmelakukanaktivitasdenganpembacaa
n yang rea l timedanhasilpengukurandapatdisimpanpadastora ge.
1.3TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dalammerancang alat hea rt rate monitordengandenganpembacaan
yang rea l timedanhasilpengukurandapatdisimpanpadastora ge
melaluitahapan-tahapan,sebagaiberikut:
1. Mendesain sistem akuisisipembacaan komputer dan analog.
2. Mendesain sistem transmisi radio frekuensi antara tra nsmitter dan receiver
untuk data storage hasil pengukuran.
3. Melakukanvalidasidata penerimaan dari objek atas pengiriman data
denyutjantung dalam aktivitas fisik objek.
commit to user
I-4
Manfaat yang dicapai dalam perancangan alat hea rt rate monitorini,yaitu:
1. Menghasilkan perangkat hea rt rate monitor berbasis infra red sensor dan foto
dioda (finger clip sensor)dengan sistem pengiriman data melalui Radio
Frekuensi (RF) pada sistemdata stora gekomputer.
2. Memperoleh data hea rt rate secara rea l timedalam segala aktivitas objek.
1.5BATASAN MASALAH
Batasan masalah dari perancangan alat hea rt rate monitorinisebagai
berikut:
1. Perangkat hea rt rate monitor ini menggunakansensor finger
clip(dijepitkanpadajari)yang menggunakan prinsipfotodiodadaninfra red untuk
pembacaan denyut jantung .
2. Transmisi antara sensor denyut dan displa y mengunakan Radio Frekuensi
(RF) yang terdiri atas transmitter dan receiver dengan stora ge
datasebagaipenyimpan data.
3. Bit yang digunakandalammikrokontrollersebesar 8 bit data, 4 bit data
hasilpengukurandan 4 bit hea dertransmisi data.
4. Pada percobaan pengukuran dilakukan pada 5 orang responden dengan
beraktivitas jalan kemudian berlari untuk melihat perbedaan denyut jantung.
1.6ASUMSI PENELITIAN
Asumsi-asumsi yang digunakan pada perancangan alat hea rt rate monitor
untuk mendekatkan segi teoritis dengan kondisi sebenarnya, sebagai berikut:
1. Frekuensi dari sumber arus (power supply) kecilpengaruhnyapadaproses
transmisi dan pembacaan data.
2. Perangkat hea rt rate monitor ini menggunakan metode 10 denyut per satuan
waktu untuk pengukuran denyut jantung objek.
1.7SISTEMATIKA PENULISAN
Sistematikapenulisandibuat agar
dapatmemudahkanpembahasanpenyelesaianmasalahdalampenelitianini.Penjelasan
mengenaisistematikapenulisandibawahini.
commit to user
I-5
Bab inimenguraikanberbagaihalmengenailatarbelakangpenelitian,
perumusanmasalah, tujuanpenelitian, manfaatpenelitian,
batasanmasalah, asumsidansistematikapenulisan.
BAB II: TINJAUAN PUSTAKA
Bab inimenguraikanteori-teori yang dipakaiuntukmendukungpenelitian,
sehinggaperhitungandananalisisdilakukansecarateoritis.Tinjauanpustaka
diambildariberbagaisumber yang
berkaitanlangsungdenganpermasalahan yang dibahasdalampenelitian.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Bab iniberisilangkah-langkahdalamperancanganperangkatalathea rt rate
monitordengansistem pembacaan menngunakan sensor finger clip yang
dijepitkanpadajaridengan transmisi data mengunakan
wirelesssecaraumum yang
berupagambaranterstrukturdalambentukflowcha rtsesuaidenganpermasal
ahan yang adamulaidaristudipendahuluan, pengumpulan data
sampaidenganpengolahan data dananalisis.
BAB IV: PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
Bab inimemuattahappengumpulan data denganstudiliteratur,
studilapangandanwawancarauntukmemperolehkarakteristikdanspesifika
si yang sesuaidenganperumusanmasalah.Bab
inijugaberisitentangperancangan yang
dilakukansetelahmelakukanpengumpulan data
yaitumerancanghardwa redanjugasoftwa re.Bioinstrumenthea rt
ratemonitoriniterdiridari 2 bagianpentingyaituha rdwa re yang
terdiridariblokpemancar, blokpenerima, dansoftwa re yang
digunakanmenyimpanhasilpengukurankestoragedata.
commit to user
I-6
Babinimemuaturaiananalisisdan interpretasihasildariperancangan dan
percobaanpengukuranmenggunakanhea rtrate monitoryang
telahdirancang.
BAB VI: KESIMPULAN DAN SARAN
Bab inimenguraikan target
pencapaiandaritujuanpenelitiandankesimpulan yang
diperolehdaripembahasanmasalah. Bab inijugamenguraikan saran
commit to user
I-7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas mengenai konsep dan teori yang digunakan dalam
penelitian, sebagai landasan dan dasar pemikiran untuk membahas serta
menganalisa permasalahan yang ada.
2.1 AKTIVITAS FISIK TERHADAP ENERGI TUBUH
Secara garis besar, kegiatan-kegiatan kerja manusia dapat digolongkan
menjadi kerja fisik (otot) dan kerja mental (otak) dengan intensitas yang berbeda.
Tingkat intensitas yang terlampau tinggi memungkinkan pemakaian energi yang
berlebihan.Sebaliknya intensitas yang terlalu rendah menimbulkan rasa bosan dan
jenuh. Karena itu perlu diupayakan tingkat intensitas yang optimum yang ada
diantara kedua batas ekstrim dan tentunya untuk tiap individu berbeda.
Pemisahan antara kerja fisik dan mental tidak dapat dilakukan secara
sempurna, karena saling berhubungan erat. Dilihat dari energi yang dikeluarkan,
kerja mental murni relatif lebih sedikit mengeluarkan energi dibandingkan dengan
kerja fisik. Kerja fisik mengakibatkan pengeluaran energi yang berhubungan erat
dengan konsumsi energi.Wignjosoebroto (1991) menyatakan aktivitas fisik
merupakan suatu kegiatan yang memerlukan usaha fisik manusia yang kuat
selama periode kerja berlangsung.
Aktivitas fisik yang dilakukan secara terus menerus sering disebut dengan
aktivitas kardiovaskuler. Aktivitas kardiovaskuler merupakan kegiatan yang
dilakukan oleh seseorang saat beraktivitas dengan pola yang ritmis dan terus
menerus pada suatu periode waktu tertentu. Selama aktivitas kardiovaskuler
dilakukan, jantung memompa darah ke seluruh otot dalam tubuh manusia.
Aktivitas fisik menyebabkan pengeluaran energi yang berhubungan erat
dengan konsumsi energi. Dalam hal penentuan konsumsi energi, biasanya
digunakan parameter indek kenaikan bilangan kecepatan jantung. Indeks ini
merupakan perbedaan antara kecepatan denyut jantung pada saat istirahat dengan
kecepatan denyut jantung pada waktu bekerja (Sulistyadi dan Susanti, 2003).
Menurut Grandjean (1993), konsumsi energi (kalori) merupakan indikator
commit to user
I-8
membandingkan tingkat efisiensi pekerjaan dari beberapa perbedaan alat dan
metode yang digunakan dalam melakukan pekerjaan.
2.2 CARA PENGUKURAN ENERGI YANG DIGUNAKAN TUBUH
Aspek psikologi dalam suatu pekerjaan dapat berubah setiap saat.Banyak
faktor-faktor yang mempengaruhi perubahan psikologi tersebut.Faktor-faktor
tersebut dapat berasal dari dalam diri pekerja (interna l) atau dari luar diri pekerja
atau lingkungan (eksterna l).Dalam kerja fisik, manusia menghasilkan perubahan
dalam konsumsi oksigen, hea rt rate, temperatur tubuh dan perubahan senyawa
kimia dalam tubuh. Oleh karena itu dilakukan beberapa pengukuran energi tubuh.
2.2.1 Denyut Jantung
Jantung merupakan organ tubuh yang berfungsi memompa darah ke seluruh
tubuh. Darah yang dipompa membawa makanan yang diperlukan otot. Selain
ituadanya sirkulasi darah, zat-zat sampah yang berbahaya bagi tubuh dapat
dikeluarkan. Jantung bekerja diluar kemauan dan memiliki kemampuan khusus.
Proses keluar masuknya darah ke jantung menghasilkan denyut jantung.
Proses aliran darah yaitu pertama kali darah dari pembuluh darah vena
masuk ke Atrium Kanan, kemudian menuju ke Ventrikel Kanan.Kemudian
menuju ke Paru–Paru, dimana dalam paru-paru ini terjadi pertukaran udara dari
CO2 ke O2.Dari paru-paru darah menuju ke Atrium Kiri, kemudian menuju ke
Ventrikel Kiri.Setelah itu darah dipompa menuju ke seluruh tubuh dan kepala
dimana melalui pembuluh darah aorta.Pembuluh darah Aorta yang terdiri dari
berbagai cabang dimana urutan pembuluh yang terbesar sampai terkecil adalah
arteri, arteriol, dan kapiler.Gambar dari alur tersebut dapat dilihat pada gambar 2.1
Frekuensi kerja denyut jantung itu dasarnya ditentukan oleh frekuensi aliran darah
yang masuk dalam jantung yang berasal dari vena yang mana kondisinya
commit to user
Gambar 2.1Aliran peredaran darah Sumber: Erliyanto, 2008
Monitoring denyut jantung dapat dilakukan menggunakan teknik langsung
(direct) ataupun tidak langsung (indirect). Secara langsung dilakukan dengan
melakukan pengukuran pada jantung itu sendiri. Sedangkan secara tidak langsung
dengan memanfaatkan pembuluh darah yaitu melakukan sadapan atau sensor pada
aliran darah tersebut.Pada jari tangan manusia terdapat pembuluh darah, yang
mana frekuensi atau irama aliran darah yang mengalir merupakan representasi
dari frekuensi denyut jantung itu sendiri, dengan catatan bahwa jantung tersebut
tidak dalam kondisi kritis (Erliyanto, 2008).
Konsumsi energi dapat diukur secara manual dengan metode sepuluh denyut
jantung (Tarwaka dkk., 2004).
60
Setelah didapatkan nilai dari denyut jantung masing-masing aktivitas, tingkat
peningkatan denyut jantung akibat aktivitas kardiovaskuler (Tarwaka, 2004).
commit to user
I-10
Hasil perhitungan % CVL tersebut kemudian dibandingkan dengan % CVL
yang telah ditetapkan dalam tabel 2.1.
Tabel 2.1 Klasifikasi kerja berdasarkan % CVL
% CVL Keterangan
< 30 % Tidak terjadi kelelahan
30% - 60% Diperlukan perbaikan
30% - 80% Kerja dalam waktu singkat
80% - 100% Diperlukan tindakan segera
> 100% Tidak diperbolehkan melakukan aktivitas
Sumber: Tarwaka dkk., 2004
2.2.2 Energi Ekspenditur
Manusiamengoksidasi dengan cara metabolisme karbohidrat, protein,
lemak, dan alkohol untuk menghasilkan energi,yaitu:
1. Memelihara fungsi tubuh seperti untuk bernafas, menjaga denyut jantung,
menjaga tubuh tetap hangat dan semua fungsi berjalan normal.
2. Aktivitas fisik seperti untuk gerak perpindahan dan kontraksi otot.
3. Pertumbuhan dan pembaruan yang membutuhkan pembuatan jaringan baru.
Energi diukur dalam satuan joule atau kalori. Satu joule (J) ditetapkan
sebagai energi yang digunakan saat memindahkan berat 1 kilogram (kg) sejauh 1
meter (m) dengan kekuatan 1 newton (N). Satu kalori ditetapkan sebagai energi
yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur dari 1 gram (gr) air dari 14.5oC
sampai 15.5oC. Dalam prakteknya, kedua satuan tersebut digunakan secara
berbeda dalam pengukuran cairan. Satu kalori setara dengan 4.184 joule. Manusia
menggunakan energi dalam jumlah besar, karena itu para ahli nutrisi
menggunakan satuan yang lebih besaryaitu kilojoule.
1 kilojoule (kJ) = 1000 joule
1 megajoule (MJ) = 1000000 joule
1 kilokalori (Kkal)= 1000 kalori
Untuk mengubah menjadi satuan yang lain, yaitu:
1 kKal = 4.184 kJ
commit to user
I-11
Terdapat tiga tingkat energi fisiologis yang umum yaitu istirahat, limit kerja
a erobik dan kerja a na erobik. Pada tahap istirahat, pengeluaran energi yang
diperlukan untuk mempertahankan kehidupan tubuh disebut Tingkat Metabolisme
Basal (Ba sa l Meta bolic Ra te, BMR). Hal tersebut mengukur perbandingan
oksigen yang masuk ke dalam paru-paru dengan karbon dioksida yang keluar.
Berat tubuh dan luas permukaan adalah faktor penentu yang dinyatakan dalam
kilokalori/area permukaan/jam. Rata-rata manusia yang mempunyai berat 65 kg
dan mempunyai area permukaan 1.77 m2 memerlukan energi sebesar 1 kilokalori
per menit. Sedangkan suatu kerja disebut aerobik bila suplai oksigen pada otot
sempurna. Jika suplai tidak sempurna, sistem kekurangan oksigen dan kerja
menjadi anaerob. Hal ini dipengaruhi oleh aktivitas fisiologis yang dapat
ditingkatkan melalui latihan.
Energi ekspenditur (EE) laki-laki dan wanita selama satu hari penuh dibagi
menjadi komponen yang berbeda, terdiri dari ba sa l meta bolic rate (BMR), diet
induced thermogenesis (DIT), dan physica l a ctivity (PA).
Gambar 2.2 Total energi ekspenditur
Sumber: Rowett Research Institute, 1992
Prosentase komponen energi ekspenditur yang dikeluarkan untuk
melakukan aktivitas a ctive dan ina ctive berbeda satu dengan yang lain. Untuk
melakukan aktivitas ina ctive, prosentase komponen total energi ekspenditur pada
BMR lebih besar dibanding physica l a ctivity (PA). Hal ini dikarenakan, saat
aktivitas inactive tubuh lebih banyak istirahat daripada beraktivitas fisik.Aktivitas
a ctive, prosentase BMR lebih kecil dari physica l a ctivity (PA) karena tubuh lebih
commit to user
I-12
Bilangan nadi atau denyut jantung merupakan peubah yang penting dan
pokok baik dalam penelitian lapangan maupun penelitian laboratorium. Dalam hal
penentuan konsumsi energidigunakan parameter indek kenaikan bilangan
kecepatan denyut jantung. Indek ini merupakan perbedaan antara kecepatan
denyut jantung pada waktu kerja tertentu dengan kecepatan denyut jantung pada
waktu istirahat. Jumlah total dari energi yang diperlukan oleh individu bergantung
pada tingkat aktivitas dan berat badan mereka. Semakin berat dan aktif maka lebih
banyak tenaga yang diperlukan.
Dalam merumuskan hubungan antara energi ekspenditur dengan kecepatan
denyut jantung, dilakukan pendekatan kuantitatif hubungan antara energi
ekspenditur dengan kecepatan denyut jantung dengan menggunakan analisis
regresi kuadratis dengan persamaan 2.8.
Y = 1.80411- (0.0229038) X + (4.71733 x 10-4) X 2...(2.3)
dengan, Y : energi ekspenditur (kilokalori/ menit)
X : kecepatan denyut jantung (denyut/ menit)
Setelah diketahui nilai energi ekspenditurnya, maka dapat diketahui pula
kebutuhan kalori dalam melakukan suatu kegiatan kerja.
badan
dengan; Y : energi ekspenditur (kilokalori/ menit)
W : berat badan (kg)
2.3 HEART RATE MONITOR
Sebuah hea rt rate monitor adalah sebuah alat pemantauan pribadi yang
memungkinkan subjek untuk mengukur denyut jantung mereka secara real time
atau merekam denyut jantung mereka untuk studi selanjutnya (Wikipedia, 2010).
Sedangkan menurut www.ehow.com, heartrate monitor merupakan dasar seorang
manusia mengukur denyut jantung dengan memeriksa titik pulsa pada tubuh dan
commit to user
I-13
Gambar 2.3 Heart rate monitor Sumber: Wikipedia.com, 2010
Monitoring jantung sangat penting dilakukan mengingat tubuh kita secara
kontinu melakukan sirkulasi darah ke seluruh organ tubuh lainnya. Dengan
mengetahui denyut jantung, dapat mengetahui kondisi kesehatan seseorang. Laju
pacu jantung tergantung dari umur dan kondisi manusia itu sendiri. Untuk
anak-anak dengan orang dewasa kondisi denyut jantungnya berbeda, begitu juga
dengan orang yang sakit maupun orang yang sehat.
Cara termudah untuk mengetahui denyut jantung seseorang adalah meraba
denyut nadi. Melaluicara ini pengukuran jumlah denyut yang terjadi dalam 1
menit.Kalangan dokter atau perawat menggunakan metode ini (Erliyanto, 2008).
Hea rt rate monitormodel terbaru terdiri dari block pemantauan satu set
denganelektroda yang dilekatkan di dada. Ada juga, versi modern yang terdiri dari
dua elemen yaitu sensor tali dada dan penerima data detak jantung yang terletak di
pergelangan tangan atau ponsel (Wikipedia, 2010).
Sedangkan pada penelitianErliyanto M. (2008) cara kerja secara singkat dari
hea rt rate monitoryaitusalah satu jari tangan dimasukkan ke blok hea rtbeat
tra nducer, dimana cahaya LED yang menembus jari tangan akan diterima oleh
LDR dan frekuensi aliran darah pada jari akan dideteksi. Data tersebut diolah pada
mikrokontroler dan hasilnya ditampilkan pada LCD yang berupa tampilanyang
commit to user
I-14
Gambar 2.4 Finger clip sensor
Sumber: www.sensoronics.com
Sensor hea rt rate yang digunakan sebagai tranducer pada jari tangan
disebut finger clip pulse oximetry.Pulse oksimetri didasarkan pada fraksi
perubahan transmisi cahaya selama terjadidenyut nadi pada dua panjang
gelombang yang berbeda.Dalamkonfigurasi ini, cahaya pada dua panjang
gelombang yang berbeda menerangi satu sisi jari akan terdeteksi pada sisi lain,
setelah melintasi intervensi va scula rjaringan.
2.4 SISTEM INSTRUMENTASI
Sistem pengukuran dapat dilakukan dengan dua cara yaitu secara manual
atau dengan menggunakan instrumen atau alat. Adapun sistem instrumen terbagi
pula menjadi dua yaitusistem mekanik dan elektronik. Sistem instrument
elektronik secara garis besar terbagi menjadi 5 bagian dasar yaitu tra nducer,
power supply,signa l conditioner, a mplifier dan recorder.
Gambar 2.5Block diagram secara umum instrumentasi elektronik Sumber: www.klimatologibanjarbaru.com
Perbedaan mendasar dariinstrumentasi medis dan instrumentasi
konvensional terletak pada sumber sinyalnya. Sumber sinyal instrumentasi medis
commit to user
I-15
konvensional bersumber dari benda mati. Sedangkan, media operasinya antara
lain Langsung dan Tidak langsung, Sampling dan Kontinu, Digita l dan Ana log,
dan sebagainya(Erliyanto, 2008).
2.4.1 Tranducer (Sensor)
Sensor adalah alat untuk mendeteksi atau mengukur perubahan yang
digunakan untuk melihatperubahan variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan
kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor itu sendiri terdiri dari transducer
dengan atau tanpa penguat atau pengolah sinyal yang terbentuk dalam satu sistem.
Tranduser adalah suatu peralatananalog yang berfungsi untuk mengkonversi suatu
perubahan mekanis atau perubahan fisis yang terukur menjadi besaran listrik
sehingga dapatdimonitor.
Karakteristik terpenting sebuah transduser adalah aspek linearitas,
sensitivitas, dan temperatur operasional yang ditentukan oleh sensor di dalam
transduser, dimana output akhir yang dihasilkan adalah keluaran sinyal listrik.
Transduser dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitutranduser pasif dan aktif.
Dikatakan tranduser pasif apabila energi yang dikeluarkannya diperoleh
seluruhnya dari sinyal masukan. Sedangkan tranduser aktif memiliki sumber
energi tambahan yang digunakan untuk output sinyalnya, adapun sinyal input
hanya memberikan kontribusi yang kecil terhadap daya keluaran.
2.4.2 Power Suplay (Catu Daya)
Tranduser pada dasarnya memerlukan energi atau tenaga untuk dapat
beroperasi, sehingga diperlukan sebuah penyuplai daya dalam bentuk
consta ntvoltage atau constant current power supply.Power suppla y dapat diambil
langsung dari jalur listrik PLN atau menggunakan sumber listrik lain. Alat
elektronik otomatis yang dioperasikan jauh dari jalur listrik PLN, biasanya
menggunakanpower supply dari baterai atau solar cell.Instrumen elektronik
umumnya menggunakan arus searah (DC), sehingga bila sumber tegangan masih
commit to user
I-16
2.4.3 Signal Conditioner (Pengkondisian Sinyal)
Keluaran Sinyal dari transduser umumnya masih tercampur dengan noise
atau sinyal‐sinyal lain yang bukan bersumber dari objek yang diukur (pa ra sitic
signa l). Bila dibiarkan, hal ini menimbulkan penyimpangan terhadap output data
yang dihasilkan sehingga diperlukanlah sebuah filter yang dapat menghilangkan
sinyal parasit tersebut agar tidak tercampur dengan sinyal data yang diamati.
Filter adalah salah satu komponen yang paling penting dari rangkaian RF.
Semua jenis filter yang digunakan dalam aplikasi RF, termasuk low-pa ss filter,
high-pa ss filters, band-pa ss filter, filter ba nd-stop, dan notch filters. Sebuah filter low-pa ss melewati frekuensi rendah dan frekuensi tinggi. Sebuah high-pass
filtersmelewati frekuensi tinggi dan menolak Frekuensi yang rendah. Sebuah filter ba nd-pa ss memungkinkan sinyal melewati band yang diinginkan. Sebuah ba
nd-stop filter menghalangi frekuensi tertentu lewat di luar frekuensi band tersebut.
filternotch menyerupai ba nd-pa ss atau ba nd-stop filter(Eren, 2006).
1. Amplifier.
Amplifier adalah perangkat elektronik yang menghasilkan sinyal output
dengan a mplitudo lebih besar dibandingkan dengan sinyal input. Penguat yang
ideal, sinyal output harus menyerupai bentuk gelombang dan frekuensi dari sinyal
input, kecuali amplitudo harus ditingkatkan dengan proporsi set disebut tambahan.
Dalam teknik radio, berbagai a mplifier dirancang dan digunakan. Jenis penguat
RF termasuk low noise a mplifier, power a mplifier, a mplifier pulsa,
bidirectiona la mplifier, a mplifiermultica rrier, a mplifier penyangga, dan
a mplifierpembatas. Sinyal input amplifier dapat menjadi arus, tegangan atau
sinyal lainnya, dan biasanya sinyal output dari sifat yang sama dengan input.
Spesifikasi untuk penguat RF mencakup tiga karakteristik utama yaitu
rentang frekuensi, ga in, dan daya keluaran.Pada penguattegangan,gain adalah
rasio daritegangan keluarandengan tegangan masukansinyal. Dalam current
a mplifiers, gain dinyatakan sebagai rasio output arus ke masukan saat
ini.Demikian pula, dalam power a mplifier, rasio daya keluaran dari daya masukan
commit to user
I-17
Ada tiga karakteristik yang dimiliki op-a mp hingga berfungsi sebagai
a mplifier ideal yaitu impedansi input yang tinggi, mempunyai penguatan tegangan
yang tinggi, impedansi keluaran yang rendah.
2. Modulasi
Modulasi adalah proses penting dalam sistem komunikasi. Sebuah
modulator mengubah karakteristik tertentu seperti amplitudo, frekuensi, atau fase,
dan menyiapkan sinyal ca rrier untuk transmisi.Modula tor dikonfigurasi
menggunakan teknologi yang berbeda, tergantung pada kekuatan dan frekuensi
sinyal yang ditransmisikan.Modulasi analog terjadi dalam tiga bentuk yang
berbeda yaitu modulasi amplitudo (AM), modulasi frekuensi (FM), dan modulasi
fasa (PM).
Teknik modulasi digita l dapat dibagi dalam tiga kelompok utama: amplitude
shift keying (ASK), frekuensi shift keying (FSK), dan fase shift keying (PSK),
yang mirip dengan AM, FM, dan PM dalam modulasi analog.Amplitude shift
keyingadalah bentuk sederhana dari AM yang dapat dicapai olehon-offkeying
frekuensi pembawa, di mana on mewakili 1 biner dan off merupakan 0
biner.Walaupun sederhana, metode keying on-off tidak biasa digunakan dalam
transmisi data digital karena variasi signifikan dalam kekuatan sinyal di
penerima.Sebuah sinyal data ASK dihasilkan dengan mengalikan data dengan
sinyal pembawa, yang secara matematis dapat dinyatakan, yaitu:
㻘Ƽ┸ ┸ cos ┸ c ...(2.7)
dengan;h(t) = A atau 0.
Multiplikasi ini secara efektif menggeser spektrum data ke pusat frekuensi
sama dengan yang dari carrier. Ba ndwidth dari sinyal modulasi adalah dua kali
ba ndwidth sinyal data asli.Frequency shift keyingadalah setara biner FM analog.
Dalam hal ini, bit 0 ditularkan sebagai frekuensi F0 dan biner 1 adalah
ditransmisikan sebagai frekuensi F1, yang sekaligus menjaga amplitudo dari
gelombang RF konstan, seperti yang diilustrasikan pada gambar 2.8. Jadi sinyal
biner efektif memodulasi ca rrier dengan cara yang lebih rumit daripadaba seba nd
sinyal analog kontinu. Dalam prakteknya, perubahan frekuensi hanya beberapa
commit to user
I-18
Gambar 2.6 Bentuk gelombang FSK Sumber: Eren, 2006
Pha se shift modula tiondikembangkan untuk sistem komunikasi dalam
eksplorasi ruang angkasa awal dalam, tapi hari ini, itu digunakan secara luas di
militer, industri, dan komunikasi sipil. Dalam metode ini, informasi digital
ditularkan dengan menggeser fase dari carrier beberapa di antara nilai-nilai
diskrit.Kinerja PSK biner mirip dengan FSK.Namun demikian, ada satu
perbedaan penting antara kedua ba ndwidthdari segi sinyal yang
ditransmisikan,sinyal PSK jauh lebih kecil dari yang di FSK karena transmisi
dapat dilakukan pada satu frekuensi.
Bina ry pha se shift keyingsetara dengan PM analog, karena merupakan
bentuk lain dari teknik modulasi dua tingkat. Di BPSK, baik frekuensi dan
amplitudo dari ca rrier tetap konstan, dan hanya fase sinyal berubah. Simbol biner
ditransmisikan sebagai fase pergeseran nol atau π radian, maka kedua tingkat
biner adalah 180˚ terpisah dalam tahap. Sebuah bentuk gelombang BPSK dapat
dinyatakan sebagai:
Vc(t)=h(t)cos(ωct)...(2.8)
dengan; h(t) = + A atau–A.
Dalam Differentia l pha se shift keying(DPSK), informasi yang dikirim
ditentukan oleh perubahan fase antara pulsa yang berurutan.Dengan menggunakan
fase sinyal pembawa pada interval digit sebelumnya sebagai acuan, fase dari
interval digit sekarang dapat ditentukan.Dalam membuat ini, 0 biner
ditransmisikan sebagai fase sama dengan digit sebelumnya dan biner 1 adalah
ditransmisikan sebagai perubahan fase. Pada sisi penerima, dibandingkan secara
commit to user
I-19 2.4.4 Mikrokontroler
Istilah mikrokontroler, mikroprosesor, dan mikrokomputer, akan tetapi
mungkin masih ada yang masih belum mengerti perbedaan dari ketiganya.
1. Mikroprosesor.
Mikroprosesor adalah satu bagian dari sistem komputer, mikroprosesor
tersebut tidak dapat berdiri sendiri, dan memerlukan memory dan periperal
inputoutput. Salah satu contoh mikroprosesor adalah seperti (micro)prosesor intel
8086, 80256, 80386, 486, pentium1, dll. Mikroprosesor tersebut memerlukan
komponen lainnya untuk membentuk suatu sistem mikrokomputer.
2. Mikrokomputer.
Mikrokomputer adalah sistem komputer dimana ke tiga bagian utama dari
sistem yaitu prosesor (CPU), Memory (RAM dan ROM), serta antarmuka
masukan dan keluaranyang di rangkai pada bagian yang terpisah (tidak dalam satu
chip atau IC).
3. Mikrokontroler.
Mikrokontroler merupakan kesatuan dari 3 bauan utama yaituprosesor
(CPU), Memory (RAM dan ROM), serta antarmuka masukan dan keluaran yang
berada dalam 1 paket.
Mikrocontroler AT89S51
1). Port 0
Port 0 adalah 8 bit open drain bi-directiona l port I/O. pada saat sebagai
portoutput, tiappin dapat dilewatkan ke-8 input TTL. Ketika logika satu
tuliskan pada port 0, maka pin-pin ini dapat digunakan sebagai input yang
berimpendansi tinggi. Port 0 dapat dikonfirmasikan untuk demultiplex sebagai
jalur data /a ddres bus selama membaca ke program eksternal dan memori
mempunyaioutput yang dapat dihubungkan dengan 4 TTLinput. Ketika logika
commit to user
I-20
pullup dan dapat digunakan sebagaiinput. Port 1 juga menerima a ddres
bawah selama pemrograman fla sh da b verifikasi.
3). Port 2
Port 2 adalah 8 bit bi directiona l port I/O dengan pullup.Port 2 outputbuffer
dapatmelewatkan empat TTL input. Ketika logika satu dituliskan ke port 2,
maka mereka dipullhight dengan internal Pullup dan dapat digunakan sebagai
input.
4). Port 3
Port 2 adalah 8 bit bi directiona l port I/O dengan pullup.Output buffer dari
Port 3 dapatdilewati empat input TTL. Ketika logika satu dituliskan keport 3,
maka akandipullhight dengan interna l pullup dan dapat digunakan sebagai
input. Port 3 juga mempunyai berbagai macam fungsi atau fasilitas.Port 3
juga menerima beberapa sinyal kontrol untukpemrograman Fla sh da b
verifikasi.
5). RST
Input reset. Logika hight pada pin ini akan mereset siklus mesin (IC).Pulsa
output a ddres la tch ena bledigunakan untuk la ntching byte bawah dari
a ddress selama mengakses ke eksternal memory. Pin ini juga merupakan
input pulsa programselama pemrograman fla sh. Jika dikehendaki, operasi
ALE dapat didisa ble denganmemberikan settingbit 0 dari SFR pada lokasi
8EH. Dengan Bit Set, ALE disa ble, tidakakan mempengaruhi jika
mikrokontroler pada mode eksekusi eksternal.
6). PSEN
Program store ena blemerupakan sinyal yang digunakan untuk membaca
programmemory eksternal. Ketika 8951 mengeksekusi kode dari program
memoryeksterna l,PSEN diaktifkan dua kali setiap siklus mesin.
7). EA/VPP
Eksterna l a cces ena ble, EZ harus diposisikan ke GND untuk mengaktifkan
divais untukmengumpankan kode dari program memory yang dimulai pada
commit to user
I-21
program internal. Pin ini jugamenerima tegangan pemrograman 12 volt (Vpp)
selama pemrograman fla sh.
8). XTAL1
Inputuntukoscilla torinvertinga mplifierdan input untukinterna l clock
untukpengoperaian rangkaian.
9). XTAL2
Output dari invertingoscilla tor a mplifier.
Gamabar 2.7 Block diagram mikrokontroler (AT89S51)
commit to user
I-22
Gambar 2.7 adalah blok diagram dari mikrokontroler AT89S51, dari gambar
2.7 terlihat bahwa ketiga bagian utama dari sistem mikrokomputer sudah tercakup
semuanya dalam satu chip AT89S51, seperti prosesor (ALU/CPU), memory
(RAM dan Flash), serta 4 port input-output.
2.4.5 Wireless Media
Komunikasi tanpa kabel (wireless) yang mentransmisikan gelombang
elektromagnetik tanpa menggunakan konduktor secara fisik seperti kabel atau
serat fisik. Sinyal dikirimkan secara broa dca st melalui udara (atau air, dalam
beberapa kasus). Berikut ini beberapa layanan pengembangan wireless:
1. Radio frewkuensi (RF)
Modul RF sering digunakan sebagai alat untuk komunikasi data secara
wireless menggunakan media gelombang radio. Biasanya kedua modul ini
dihubungkan dengan mikrokontroler atau peralatan digital yang
lainnya.Jangkauan komunikasi maksimum dari pasangan modul RF ini adalah 100
meter tanpa halangan dan 30 meter di dalam gedung.Ukuran ini dapat dipengaruhi
oleh faktor antena, kebisingan, dan tegangan kerja dari pemancar.
Tra nsmitter adalah bagian dari sistem komunikasi wireless yang berfungi
untuk mengirimkan data ke tempat lain berupa gelombang radio. Prinsip kerja dari
tra nsmitter ini adalah adanya induksi medan magnetik dari sumber potensial yang
menyebabkan arus dan menginduksi rangkaian lainnya.Receiver merupakan
bagian yang berfungsi untuk menerima sinyal atau data yang dikirimkan oleh
tra nsmitter.
2. Infra Merah
Komunikasi infra merah dicapai dengan menggunakan tra nsmitter/receiver
(transceiver) yang modulasi cahaya yang koheren.Tra nsceiver harus berada dalam
jalur pandang maupun melalui pantulan dari permukaan berwarna terang
misalnya langit-langit rumah. Satu perbedaan penting antara transmisi infra merah
dan gelombang mikro adalah transmisi infra merah tidak dapat melakukan
penetrasi terhadap dinding, sehingga masalah-masalah pengamanan dan
interferensi yang ditemui dalam gelombang mikro tidak terjadi.Selanjutnya, tidak
commit to user
I-23
karena tidak diperlukan lisensi untuk itu. Pada ha ndphone dan PC, media infra
merah ini digunakan untuk mentransfer data tetapi dengan suatu standar atau
protokol tersendiri yaitu protocol IrDA. Cahaya infra merah merupakan cahaya
yang tidak tampak. Jika dilihat dengan spektroskop cahaya maka radiasi cahaya
infra merah akan nampak pada spektrum elektromagnetik dengan panjang
gelombang diatas panjang gelombang cahaya merah.
3. Bluetooth
Teknologi wireless yang mampu menyediakan layanan komunikasi data dan
suara dengan jarak jangkauan yang terbatas. Bluetooth adalah sebuah teknologi
komunikasi wireless (tanpa kabel) yang beroperasi dalam pita frekuensi 2,4 GHz
unlicensed ISM (Industria l, Scientific a nd Medica l) dengan menggunakan sebuah
frequency hopping tranceiver yang mampu menyediakan layanan komunikasi data
dan suara secara rea l-time antara host-host bluetooth dengan jarak jangkauan
layanan yang terbatas.
Bluetooth sendiri dapat berupa ca rd yang bentuk dan fungsinya hampir
sama dengan ca rd yang digunakan untuk wireless loca l a rea network (WLAN)
dimana menggunakan frekuensi radio standar IEEE 802.11, hanya saja pada
bluetooth mempunyai jangkauan jarak layanan yang lebih pendek dan
kemampuan transfer data yang lebih rendah. Bluetooth menggunakan salah satu
dari dua jenis frekuensi Sprea d Specturm Ra dio yang digunakan untuk kebutuhan
wireless.Jenis frekuensi yang digunakan adalah Frequency Hopping Spread
Spedtrum (FHSS), sedangkan yang satu lagi yaitu Direct Sequence Spread
Spectrum (DSSS) digunakan oleh IEEE802.11xxx. Transceiver yang digunakan
oleh bluetooth bekerja pada frekuensi 2,4 GHz unlicensed ISM (Industria l,
Scientific, a nd Medica l).
2.4.6 Interface Tool
Interfa cing adalah bagian dari disiplin ilmu komputer yang mempelajari
teknik-teknik menghubungkan komputer dengan perangkat keras berupa alat
elektronika dan lain- lain.Menghubungkan pemroses utama dengan peralatan
elektronik lainnya bukanlah persoalan yang mudah. Sebab langsung
commit to user
I-24
1. Terdapat beraneka ragam peralatan atau piranti yang memiliki metode operasi
beragam.
2. Laju tra nsfer data dalam piranti seringkali lebih lambat dibandingkan dengan
laju transfer data dengan pemroses utama (mikroprosesor).
3. Piranti seringkali menggunakan format data yang berbeda dengan pemroses
utama (mikroprosesor).
Diperlukan suatu teknik untuk menghubungkan pemroses utama (mikroprosesor)
dengan dunia luar. Teknik ini dijalankan melalui 2 perangkat, sebagai berikut:
1. Perangkat lunak, berupa program yakni suatu prosedur tertentu untuk
menjalankan piranti. Dalam dunia komputer, program ini lebih dikenal
sebagai driver/insta ller. Adapula perangkat lunak yang dimasukkan kedalam
perangkat keras yand disebut sebagai firmwa re.
2. Perangkat keras, yakni berupa piranti khusus mulai dari serpih (IC) yang
terintegrasi dalam sebuah papan induk (chipsets-onboa rd), berupa sebuah
port atau bahkan terintegrasi kedalam papan yang ditancapkan pada system
bus (ca rd).
Beberapa bahasa pemrograman yang sering digunakan dalam penyusunan aplikasi
user interfa ce yang berbasis visual miasalnya Delphi, Visua l ba sic, Visua l C dan
bahkan yang berbasis web seperti Ja va.
Bahasa ba sic pada dasarnya adalah bahasa yang mudah dimengerti sehingga
pemrograman di dalam bahasa ba sic dapat dengan mudah dilakukan meskipun
oleh orang yang baru belajar membuat program. Hal ini lebih mudah lagi setelah
hadirnya Microsoft Visua l Ba sic, yang dibangun dari ide untuk membuat bahasa
yang sederhana dan mudah dalam pembuatan scriptnya (simple scripting
la ngua ge) untuk graphic user interfa ce yang dikembangkan dalam sistem operasi
Microsoft Windows (fay-blinkz.webnode.com, 2008).
Visua l ba sic adalah salah suatu development tool untuk membangun aplikasi
di dalam lingkungan windows. Dalam membangun aplikasi Visua l ba sic
menggunakan pendekatan visua l untuk merancang user interfa ce untuk form dan
commit to user
I-25
2.5 PENELITIAN SEBELUMNYA
Penelitian Erliyanto, 2008 mengemukakan dimana cara kerja secara singkat
hea rt rate monitor adalah salah satu jari tangan dimasukkan ke blok hea rtbeat
tra nducer, nantinya cahaya LED yang menembus jari tangan akan diterima oleh
LDR yang mana frekuensi aliran darah tersebut yang dideteksi. Data tersebut akan
diolah pada mikrokontroler dan hasilnya ditampilkan pada LCD yang berupa
grafik dan juga menunjukkan berapa banyaknya denyut jantung setiap menitnya.
Pada jari tangan manusia terdapat pembuluh darah, yang mana frekuensi
atau irama aliran darah yang mengalirmerupakan representasi dari frekuensi
denyut jantung itu sendiri, dengan catatan bahwa jantung tersebut tidak
dalamkondisi kritis. Jadi monitoring ini bersifat tidak langsung (indirect).
Gambar 2.8 Diagram deteksi denyut jantung Sumber: Erliyanto, 2008
Alat yang dibuat diharapkan mampu memenuhi spesifikasi, yaitu:
a. Dapat menghitung jumlah denyut jantung dalam 1 menit.
b. Dapat digunakan sebagai alat monitor detak / denyut jantung.
c. Terdapat suara navigasi sebagai tanda adanya denyut.
Archana Yarlagadda dari Cypress Semiconductor memberikan terobosan
baru dengan mengunakan transmisi wireless pada hea rt rate monitor yang
dirancangnya bahkan sudah dilengkapi dengan mengunakan sistem stora ge data
yang baik menggunakan computer GUI interfa ce sehingga memudahkan user
dalam pengopaerasiannya. Sistem pembacaan pada penelitian uang dilakukan oleh
commit to user
I-26
hasil pembacaanya dikirim dengan RF yang diberi ta g unik untuk meminimalkan
error saat transmisi.
Gambar 2.9Transmisi data wireless
Sumber: Cypress semiconductor, 2010
Teknologi dari Cypress Semiconductor ini sudah mampu menggunakan satu
penerima sebagai Hub yang mengumpulkan data dari beberapa pemancar yang
berbeda. Hal ini memungkinkan pengawasan dan pengambilan data dengan
beberapa hea rtrate monitor untuk diaplikasikan pada olahraga, rumah sakit, dan
atau penelitian, pengasuh medis, atau supervisor. Metode baru ini membantu baik
dalam memfasilitasi pelatihan bagi para atlet kebugaran serta pemantauan jarak
jauh pasien.Hal ini juga mengurangi biaya sistem secara keseluruhan.
Menurut Raymond Chan sebuah heart rate monitor dengan sistem wireless
terdiri dari blok deteksi dan blok displa y dimana keduanya berkerja secara
bersamaan dengan menggunakan wirelesslink.
commit to user
I-27
Unit pendeteksian meliputi suatu selubung, tali pengikat untuk memasang
selubung pada seorang pemakai, untuk mengukur detak jantung, dan suatu
mikroprosesor untuk menghitung hea rt rate yang didasarkan pada pembacaan
denyut nadi ECG yang dideteksi oleh detector jantung.Pemancar untuk
memancarkan sinyal yang mengindikasikan nilai dari hea rt rate dan mengirim ke
displa y. Unit displa y meliputi penerima untuk menerima sinyal wireless dari unit
detector dan displa y untuk menampilkan nilai hea rt rate yang diterima dari
commit to user
I-28 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Metode penelitian menggambarkan langkah-langkah penelitian yang
dilakukan dalam pemecahan masalah. Adapun langkah-langkah penyelesaian
masalah adalah seperti dalam gambar 3.1.
Gambar 3.1Metodologipenelitian
Metodologipenelitianpadagambar 3.1
commit to user
I-29
3.1 IDENTIFIKASI
Dengan studi literatur dan juga studi lapangan untuk memperoleh
karakteristik dan spesifikasi dari bioinstrument hea rt rateyang
sesuaidengankebutuhanyaitu dengan mengindentifikasi penelitian yang dilakukan
sebelumnya daninformasi yang diperoleh dari jurnal, buku, artikel dan sumber
tertulis lain serta studi lapangan yang dilakukan dengan mencari komponen yang
sesuai dengan spesifikasi bioinstrument hea rt rate.
3.2 PENGUMPULAN DATA
Pengumpulan data dilakukandengancaramencariinformasitentangHea rt rate
monitoryang pernahdibuatdaninformasidaritahapindentifikasi. Informasi yang
didapatkemudiandijadikanbahanuntukmelakukanperancanganhea rt rate monitor
yang terdiridariperancanganha rdwa redansoftwa reuntukhea rt rate monitor.
3.2.1Perancangan Hardware Bioinstrument Heart Rate.
Pada perancangan ha rdwa re sistem dibagi menjadi beberapa bagian
meliputi sensor, blok penerima dan pemancar RF, LCD dan juga power supla y
yang dijelaskan, sebagai berikut:
1. Sensor detak jantung (finger clip).
Dalam sensor ini, LED bersinar memancarkan cahaya merah dan cahaya
inframerah melalui jaringan yang nantinya perubahan intensitas dari kedua cahaya
ini di terima oleh photo diode dimana intensitas ini mengubah nilai tengangannya
terhadap perubahan aliran darah yang terdapat di jari tangan. Sensor ini bekerja
pada jari atau telinga. Prinsip sensor ini berdasar pada aliran darah pada jari yang
intensitasnya sebanding dengan intensitas pemompaan jantung keseluruh tubuh
yang disesuaikan dengan kebutuhan O2 dalam aktivitas tubuh .
Tujuan dari blok ini adalah sebagai pengkondisi sinyal dari sensor agar
dapatdibacadandiolahpadablokselanjutnya. Blok
inidigunakanuntukmenguatkansinyaldari sensor danberperansebagai filter
untuknoisedaripembacaan sensor. Blok inimenggunakanbaterai 9V sebagaipower
commit to user
I-30
2. Blok counting.
Blok ini berfungsi sebagai penghitung denyut yaitu waktu untuk 1
kalidenyut. Hasildariperhitunganinidikirimkepemancar RF
untukdikirimkepenerima RF. Untukperhitungan 10 denyut per
satuanwaktudilakukanpadasoftwa re interfa ce.
3. Wireless Media.
Media pengiriman data padapenelitianinimenggunakan media wireless.
Media wireless yang digunakanberupa radio frekuensi. Media
wirelessdengantransmisi infra
merahtidakdapatmelakukanpenetrasiterhadapdindingsedangkan radio frekuensi
(RF)dapatmenembusdinding. Pengiriman data
menggunakaninframerahlebihlambatdibandingkanbluetoothdan radio frekuensi
(RF), sehinggapadapenelitianinidigunakan radio frekuensisebagai media
transmisi.Radio frekuensi (RF) initerdiridari 2 blokutamayaitupemancar
(transmitter) danpenerima (receiver)
Tujuan dari pemancar adalah mengirimataumemancarkan data yang
sudahdiprosesdansiapdikirimkan. Penerima berfungsi untuk menerima gelombang
yang dipancarkan oleh pemancar untuk kemudianmemilih dan mengubahnya
menjadi informasi yang dapat dilihatsesuai dengan data yang ditangkap oleh
sistempenerima.Radio frekuensi (RF)merupakanpembawa data daninformasi dari
pemancar ke penerima.Power supply yang digunakanpadapemancar RF
menggunakanbaterai 9V sedangkanpadapenerimamenggunakanbaterai 9V
danjuga adaptor dengankeluaran 12 V.
4. Perangakat displa y.
Perangakat digunakan untuk menampilkan pengukuran secara rea l time oleh
sensor detak jantung. Data analog di konversikan kedalam data digital untuk
memperoleh tampilan. Pada pengkonversian data ini dilakuakn penyesuaian nilai
data terbaca dengan data yang akan ditampilkan.
3.2.2 Perancangan SoftwareBioinstrument Heart Rate Monitor
Untuk softwa re nantinya dilengkapi dengan fitur penyimpan data yang akan
me-record data secara rea l time. Spesifikasi fungsional perangkat lunak yang
commit to user
I-31
program.Padaheart rate
monitorinimenggunakanbahasapemrogramanvisua lba sicdengan Visual Basic 6.0
untukpenyusunansoftwareinterfa cedariinstrumentini.
Selainsebagaifiturpenyimpanan data pada software interface
inidilakukanperhitungandenyutdengan10 denyutpersatuanwaktudan beats per
menit (bpm) yaitudenyutpersatuanwaktu.
3.3 PENGOLAHAN DATA
Pengolahan data ini berisi tentang perancangan yang dilakukan setelah
melakukan pengumpulan data yaitu dengan mernacang ha rdwa re dan juga
softwareyang nantinya berperan penting dalam pengukuran dengan bioinstrumen
hea rt rate. Bioinstrument hea rt rate ini terdiri dari 2 bagian penting yaitu
ha rdwa re yang terdiri dari sensor detak jantung, blok pemancar RF, blok
penerima RF, dan juga perangkat displa y untuk dispaly rea l time dan kemudian
softwa re berupa program yang menampilkan record dari pengukuran heart rate
ini.
3.3.1 Realisasi Instrument Heart Rate Monitor
Padatahapinihasildarirancanganelektronikmaupunsoftwa re interfa ce
direalisasikandalambentukhardwa remaupunsoftwa reinterfa ce.Ha rdware
direalisasikandenganmenggunakandesainrancangan yang telah di ranacang,
sedamgansoftwa redirealisasikanberdasarkanfungsidankebutuhan yang
disesuaikandenganha rdwa re yang telahdirancang.
3.3.2 Percobaan Pengambilan Data Dan Analisis Hasil
Pada tahap ini dilakukan percobaan pengukuran terhadap realisasi dari hasil
rancangan heart rate monitoruntuk dianalisa bagaimana pola data hasil
pengukuran dalam kaitanya dengan konsistensi alat saat
pengukuran.Percobaanpengambilan data inidilakukanterhadap 5 orang
respondenuntukmelihatpoladari data hasilpengukuran.
3.4 ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL
Pada bab ini dijelaskan analisis dan interprestasi hasil
pengukurandenyutjantung yang dilakukan dengan bioinstrument hea rt rate
commit to user
I-32
hasilpengukuraniniberdasarkanpercobaanpengambilan data terhadap 5 orang
respondenyang dilakukansebelumnya.Analisishasilpengukuraninimelihatdaripola
data yang disesuaikandenganteori yang ada,
dimanadenyutjantungakanbertambahcepatsaatmelakukanaktivitas yang
menuntutkerjadarijantung.
3.5KESIMPULAN DAN SARAN
Tahap terakhir penelitian untuk membuat kesimpulan yang menjawab
tujuan akhir dari penelitian berdasarkan hasil perancangan dan analisis hasil
pengukuran berupa data yang dianalisis serta saran yang disampaikan untuk dapat
semakin meningkatkan kualitas hasil pengukuran dan akomodasi aplikasi yang
commit to user
I-33
BAB IV
PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
Pada bab ini diuraikan proses pengumpulan dan pengolahan data penelitian meliputi perancangan alat dan hasil perancangan alat. Langkah-langkah hasil pengumpulan dan pengolahan data diuraikan pada sub bab di bawah ini.
4.1 PENGUMPULAN DATA
Data-data yang dikumpulkan dalam penelitian ini adalah data yang
dibutuhkan dalam pengolahan data dan perancangan heart rate monitor yang
diuraikan dalam sub bab di bawah ini.
4.1.1 Identifikasi Heart Rate Monitor Sebelumnya
Penelitian Erliyanto, 2008 mengemukakan cara kerja secara singkat hea rt
rate monitor adalah salah satu jari tangan dimasukkan ke blok hea rtbea t
tra nducer, cahaya LED yang menembus jari tangan akan diterima oleh LDR dan frekuensi aliran darah tersebut yang akan dideteksi. Data tersebut diolah pada mikrokontroler dan hasilnya ditampilkan pada LCD yang berupa grafik yang menunjukkan berapa banyaknya denyut jantung setiap menit.
Gambar 4.1 Diagram blok deteksi denyut jantung Sumber: Erliyanto., 2008
Alat yang dibuat diharapkan mampu memenuhi spesifikasi dalam
commit to user
I-34
Gambar 4.2Perangkat heart beat Sumber: Erliyanto, 2008
Menurut Raymond Chan sebuah heart rate monitor dengan sistem wireless
terdiri dari blok deteksi dan blok displa y dimana keduanya berkerja secara
bersamaan dengan menggunakan wirelesslink. Unit pendeteksian meliputi suatu
selubung, tali pengikat untuk memasang selubung pada seorang pemakai, untuk
mengukur detak jantung, dan suatu mikroprosesor untuk menghitung heart rate
yang didasarkan pada pembacaan denyut nadi ECG yang dideteksi oleh detector
jantung, dan suatu pemancar untuk memancarkan sinyal yang mengindikasikan
ilai dari hea rt rate dan mengirim ke displa y. Unit displa y meliputi penerima untuk
menerima sinyal wireless dari unit detector dan displa y untuk menampilkan nilai
hea rt rate yang diterima dari pemancar.
Gambar 4.3 Diagram blok skematransmitterdan receiver Sumber: Chan, 2006
Kedua penelitian tersebut dijadikan sebagai acuan dalam membuat
rancangan hea rt rate monitor dengan transmisi wireless. Spesifikasi secara teknis
sebuah hea rt rate dengan menggunakan transmisi wireless dari kedua penelitian
sebelumnya, yaitu:
1. Blok transducer yang digunakan sebagai pendeteksi detak jantung melalui
media yang digunakanpada jari, dada, dan lengan.
2. Rangkaian pengkondisian sinyal yang berfungsi sebagai filter dan penguat
penguat sinyal hasil pembacaan transducer.
3. Rangkaian data proses yang memproses (counting) data hasil pembacaan
commit to user
I-35
4. Blok tra nsmitter yang digunakan sebagai pengirim data hasil olahan proses
data ke displa y.
5. Receiver penerima data dari transmitter yang selanjutnya diproses ke dalam
perangkat displa y.
6. Perangakat displa y merupakan komponen yang menampilkan informasi yang
sudah diolah sehingga dapat dibaca secara langsung oleh pengguna.
4.1.2 Spesifikasi Teknik Heart Rate Monitor
Pada penelitian ini hea rt rate monitorharus memenuhi tujuan, yaitu:
1. Dapat menghitung jumlah denyut jantung dengan metode 10 detak persatuan
waktu.
2. Dapat menghitung jumlah denyut jantung dalam 1 menit.
3. Hea rt rate ini dapat memonitor denyut jantung objek saat melakukan
aktivitas.
4. Transmisi data hasil pengukuran denyut jantung pada alat ini menggunakan
wireless berupa radio frekuensi (RF) untuk mendukung pengukuran denyut
jantung objek pada saat beraktivitas.
5. Data hasil pengukuran dapat di simpan sehingga pada saat
memerlukaninformasi data tersebut maka data dapat diolah ataupun
digunakan sesuai kebutuhan pengguna.
Berdasarkan tujuan tersebut maka dapat dibuat spesifikasi teknis secara rinci dari
hea rt rate monitor yang dirancang pada penelitian ini, sebagai berikut:
1. Blok transducer yang digunakan sebagai pendeteksi detak jantung melalui
jari tangan untuk mengakomodasi fungsi dari hea rt rate untuk penghitungan
saat objek sedang beraktivitas.
2. Rangkaian pengkondisian sinyal yang berfungsi sebagai filter dan penguat
penguat sinyal hasil pembacaan transducer. Blok ini meminimalkan noise
dan menguatkan sinyal data pembacaan untuk dapat di proses.
3. Rangkaian data proses yang akan memproses (counting) data hasil
pembacaan menjadi informasi yang diinginkan. Komponen utama dari blok
ini adalah mikroprosesor yang dapat digunakan sebagai counter data beep.
4. Blok tra nsmitter yang digunakan sebagai pengirim data hasil olahan proses
