Perancangan Pengukuran Tekanan Darah Otomatis
Berbasis Mikrokontroler ATmega 328
Yudhita Saputri
*), Muh. Sainal Abidin
D-III Teknologi Elektro-Medis, Stikes Mandala Waluya, Kendari Indonesia 93231
Abstrak
Pengukuran tekanan darah merupakan salah satu hal yang perlu dilakukan untuk mengetahui kondisi kesehatan manusia, fungsinya dapat mengetahui jenis tekanan darah dan mempermudah dokter mendiagnosa, perkembangan ilmu dan teknologi untuk mengukur tekanan darah telah berkembang, seperti pemeriksaan tekanan darah menggunakan metode oscillometry. Oleh karena itu penulis menciptakan alat pengukuran tekanan darah berbasis mikrokontroler ATmega328 menggunakan metode oscillometry, pada pengukuran ini menghitung nilai sistol dan diastol dengan menggunakan sensor MPX5050DP untuk mendeteksi perubahan tekanan, dan mikrokontroler ATmega328 yang membaca sinyal dari perubahan tekanan, dan hasilnya akan dilihat pada LCD, pemberian tekanan diberikan pada pompa udara untuk manset dan solenoid valve sebagai keluaran udara.Dari pengujian alat pengukuran digital, analog dan alat modul diproleh hasil presentase selisih error sistol pada responden 1,2,3,4, dan 5 adalah 1 sampai 16 mmHg dan presentase selisih error diastol adalah 1 sampai 18 mmHg. Alat modul ini dapat bekerja dengan baik ketika pasien dalam keadaan rileks. Saran untuk pengembangan alat ini agar menambahkan pulse sensor untuk mengetahui banyaknya detak jantung dengan satuan permenit.
Kata kunci: pengukuran tekanan darah, mikrokontroler, sensor MPX5050DP, pompa udara, selonoid.
Abstrak
Pengukuran tekanan darah merupakan salah satu hal yang perlu dilakukan untuk mengetahui kondisi kesehatan manusia, fungsinya dapat mengetahui jenis tekanan darah dan mempermudah dokter mendiagnosa, perkembangan ilmu dan teknologi untuk mengukur tekanan darah telah berkembang, seperti pemeriksaan tekanan darah menggunakan metode oscillometry. Oleh karena itu penulis menciptakan alat pengukuran tekanan darah berbasis mikrokontroler ATmega328 menggunakan metode oscillometry, pada pengukuran ini menghitung nilai sistol dan diastol dengan menggunakan sensor MPX5050DP untuk mendeteksi perubahan tekanan, dan mikrokontroler ATmega328 yang membaca sinyal dari perubahan tekanan, dan hasilnya akan dilihat pada LCD, pemberian tekanan diberikan pada pompa udara untuk manset dan solenoid valve sebagai keluaran udara.Dari pengujian alat pengukuran digital, analog dan alat modul diproleh hasil presentase selisih error sistol pada responden 1,2,3,4, dan 5 adalah 1 sampai 16 mmHg dan presentase selisih error diastol adalah 1 sampai 18 mmHg. Alat modul ini dapat bekerja dengan baik ketika pasien dalam keadaan rileks. Saran untuk pengembangan alat ini agar menambahkan pulse sensor untuk mengetahui banyaknya detak jantung dengan satuan permenit.
Kata kunci: pengukuran tekanan darah, mikrokontroler, sensor MPX5050DP, pompa udara, selonoid.
1. Pendahuluan
Kesehatan merupakan hal dasar yang sangat diperlukan dan penting bagi manusia, setiap manusia mempunyai kondisi fisik yang berbeda–beda seperti halnya tekanan darah pada manusia yang mempengaruhi kesehatan dan aktifitas manusia sehari–hari, Pada diagnosis medis pengukuran tekanan darah adalah hal yang biasa dilakukan pada pasien. Pengukuran tekanan darah dilakukan untuk menyaring hipertensi, untuk menilai seseorang apakah layak untuk pekerjaan tertentu, untuk memperkirakan risiko kardiovaskular jangka panjang dan untuk penanganan medis pada pasien. Hasil dari pengukuran darah bisa ditunjukan dengan nilai sistol dan diastol. Nilai tekanan darah merupakan indikator untuk menilai sistem kardiovaskular bersamaan dengan pemeriksaan nadi. Pemeriksaan tekanan darah dapat diukur dengan dua metode yaitu metode invasive dan non-invasive. Metode invasive yaitu metode yang menggunakan kanula atau jarum yang
dimasukan ke dalam pembuluh darah yang dihubungkan dengan manometer sedangkan metode non-invasive menggunakan spygnomanometer
dengan memasang manset pada lengan. Belakangan ini berbagai ilmu dan teknologi untuk mengukur tekanan darah telah berkembang dengan pesat. Contoh ilmu dan tekonologi tersebut yaitu metode pengukuran oscillometry. Metode ini mendahului metode Korotkoff tapi awalnya tidak populer. Pada tahun 1885 Fisiolog Perancis Marey mengamati bahwa, jika lengan pasien diberikan tekanan pada manset maka tekanan dari ruangan pada manset akan berfluktuasi dengan pulsa dan besarnya fluktuasi akan bervariasi. Oscillometry merupakan proses pengukuran perubahan tekanan udara didalam manset yang disebabkan oleh tekanan dari nadi. Pada pengukuran ini dilakukan pencarian nilai MAP (Mean
Arteiar Pressure) terlebih dahulu kemudian melakukan perhitungan tekanan sistol dan diastol. Pengukuran darah ini bisa dilakukan dibeberapa
tempat, seperti pada lengan, jari dan pergelangan tangan dengan menggunakan metode yang sama.
Berdasarkan penjelasan sebelumnya, maka dibuatlah suatu penelitian yang bertujuan untuk merancang sebuah alat pengukur non-invasive tekanan darah otomatis dengan metode oscillometry untuk membantu dokter mendiagnosa pasien. Alat ini berfokus pada nilai sistol dan diastol yang akan di deteksi oleh sensor MPX5050DP di mana tekanan pada lengan akan dilakukan pada manset yang terhubung dari pompa udara dan solenoid valve sebagai pompa udara otomatis, alat ini akan membantu mengukur tekanan darah secara mudah, ringkas, dan cepat.
2. Bahan dan Metode
2.1 Blok diagram
Perancangan alat ukur tekanan darah otomatis berbasis mikrokontroler ATmega328 pada penelitian ini di perlihatakan dalam blok diagram seperti pada gambar dibawah
Gambar 1 Blok diagram
Alat perancangan pengukuran tekanan darah terdiri dari beberapa komponen yaitu:
a. Power supply berfungsi untuk menyuplai tegangan langsung ke rangkaian komponen b. Tombol on/off berfungsi untuk menyalakan dan
mematikan alat.
c. Tombol start berfungsi untuk memulai program. d. Mikrokontroler berfungsi sebagai otak yang akan
mengolah data dari sensor yang nantinya akan mengirim data nilai sistol dan diastol.
e. Pompa udara berfungsi sebagai pompa otomatis yang akan memeberikan udara pada mangset dan solenoid berfungsi mengeluarkan tekanan udar dalam mangset.
f. Mangset berfungsi sebagai media yang nantinya akan diikat pada lengan yang di gunakan untuk menghentikan laju darah sementara ketika di pompa.
g. Sensor MPX5050DP berfungsi mendeteksi tekanan pada darah.
h. LCD 16 x 2 berfungsi untuk menampilkan data atau hasil pengukuran.
2.2 Blok diagram alir
Pada gambar dapat dijelaskan langkah-langkah dari proses cara kerja alat. Berikut ini adalah langkah-langkah dari proses cara kerja alat. a. Alat dimulai dari proses mulai. dimana
proses ini, alat dihidupkan dengan menyambungkan tegangan listrik dan menekan tombol on/off.
b. Menginisialisasi LCD 16 x 2, pompa udara, solenoid valve, dan sensor MPX5050DP. c. LCD menampilkan nilai tekanan, siap untuk
melakukan pengukuran.
d. Tekan tombol start untuk memulai program. e. Pompa udara menyala lalu mulai memompa
mangset sampai pada tekanan 150 mmHg. f. Setelah tekanan mencapai diatas 150
mmHg, pompa akan mati dan solenoid valve menyala untuk menurunkan tekanan pada mangset dan memulai pengambilan nilai pada denyut nadi yang akan di baca oleh sensor.
g. Setelah sensor selesai melakukan pembacaan data, data tersebut akan diolah oleh mikrokontroler lalu hasilnya ditampilkan ke LCD.
h. Program selesai.
Perancangan sistem alat ukur tekanan darah otomatis dirancang dengan menggunakan
software Arduino IDE pada laptop untuk skema flowchart dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2 Diagram Alir 2.3 skematik rangkaian
a) Rangkaian power supply 12V
Rangkaian ini merupakan power supply 12V yang akan terhubung pada mikrokontroler ATmega328, rangkaian pompa udara dan solenoid valve.
Gambar 3 Gambar rangkaian power supply 12V b) Sistem minimum rangkaian regulator dan
sensor MPX5050DP
Sistem minimum merupakan bagian utama dari pembuatan alat ini, Sistem minimum adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Dalam rangkaian sistem minimum pada penelitian ini terdiri dari kristal, kapasitor, dan juga tombol restart. Pada sensor terhubung dengan tegangan input 5 volt dan terhubung pada pin PC0 mikrokontroler ATmega328. Rangkaian regulator digunakan sebagai sumber tegangan yang akan digunakan pada suatu rangkaian yang merupakan sumber tegangan DC.
Gambar 1 Rangkaian sistem minimum dan sensor MPX5050DP
c) Rangkaian Solenoid
Rangkaian solenoid ini terhubung dengan tegangan input 12volt dan juga pada pin PB1 yang merupakan mikrokotroler ATmega328 untuk megontrol solenoid valve.
Gambar 2 Rangkaian solenoid d) Rangkaian Pompa Udara
Rangkaian ini merupakan rangkaian pompa udara yang terhubung dengan tegangan 12volt dan terhubung oleh PB2 yang merupakan pin dari mikrokotroler ATmega328 untuk mengontrol pompa udara
Gambar 3 Rangkaian motor
e) Rangkaian Liquid crystal display (LCD)
Rangkaian lcd ini terhubung dengan tegangan input 5volt dan terhubung dengan pin mikrikontroler ATmega328 yang terdiri dari pin PD4, PD5, PD6, PD7, PC1, dan PC3 yang akan menampilkan output sebuah sistem dengan membentuk suatu citra atau gambaran pada sebuah layar.
Gambar 4 Rangkaian LCD
2.4 Diagram Mekanis
a) Tampak depan
Untuk gambar tampak depan alat pengukuran tekanan darah modul dilengkapi lcd 16 x 2, tombol ON/OFF, star, dan tombol restart berbasis ATmega328. Pada samping kiri terdapat lobang untuk menghubungkan mangset seperti pada gambar 3.8 dibawah ini.
Gambar 5 Tampak Depan
Keterangan:
a. Display Lcd (liquid crystal display) 16 x 2 b. Tombol ON/OFF
c. Tombol start d. Tombol restart e. Lobang manset
b) Tampak belakang
Pada bagian belakang terdapat kabel steker sebagai penghubung arus listrik dapat dilihat pada gambar 3.9 berikut: a b c d e f
Gambar 6 Tampak Belakang ALat Modul
3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Pembuatan program
Pembuatan program dirancang untuk mendeteksi perubahan nilai tekanan ketika pompa udara memberi tekanan pada manset, saat tekanan manset diturunkan oleh solenoid valve, selenoid valve akan menurunkan tekanan yang relatif konstan sampai adanya perubahan tekanan pada manset, perubahan tekanan pada manset terjadi ketika tekanan dalam manset turun relatif konstan dan tekanan pompa berubah naik pada saat tekanan dalam manset berkurang dan denyut nadi mulai terdekteksi. Pompa memberikan tekanan pada manset dan naik sampai diatas 150 mmHg ketika tekanan berada diatas 150 mmHg pompa akan mati dan solenoid menyala untuk menurunkan tekanan pada manset, terlihat ketika tekanan sedikit berada dibawah 120 mmHg penurunan nilai tekanan mulai berubah, dikarenakan denyut nadi mulai bisa dideteksi, perubahan inilah yang diambil sebagai nilai sistol. Sensor tekanan MPX5050DP adalah sebuah sensor analog, jadi keluaran dari sensor harus dikonversi menjadi digital atau biasa disebut Analog Digital
Converter, pada pin 23 Analog input ATmega328
sensor dihubungkan. Karena output sensor masih berupa tegangan maka harus dikonversi ke dalam satuan tekanan mmHg. Rumus untuk mengkonversi menjadi mmHg harus sesuai dengan yang sudah tersedia pada datasheet. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada gambar 4.2 gambar ini menjelaskan cara penulisan ketika mengkonversi nilai sensor MPX5050DP menjadi satuan mmHg menggunakan program Arduino IDE.
Gambar 10 Arduino konversi nilai ADC
Setelah program ADC (Analog Digital Converter) selanjutnya adalah membuat program agar sensor dapat membaca perubahan nilai tekanan ketika denyut nadi pertama terjadi.
Gambar 11 Arduino program selisih
Setelah nilai sistol dan diastol diketahui selanjutnya adalah menampilkan hasil pengukuran pada layar LCD. Program untuk menampilkan pada layar LCD bisa dilihat pada gambar 4.5 dibawah ini:
Gambar 12 Arduino program sistol dan diastol
Pompa udara otomatis dalam modul ini menggunakan pompa udara yang terhubung dengan PB2 pin 10 ATmega328 dan solenoid valve yang terhubung dengan PB1 pin 9 ATmega328. Program menyalakan pompa dan mematikan selenoid valve
dapat dituliskan menggunakan operator logika AND
dan menggunakan operator Pembanding.
Gambar 13 Arduino program pompa otomatis menyala
Gambar 4.6 merupakan penulisan program untuk menyalakan pompa dan mematikan solenoid valve. Operator logika memberi perintah jika “tombol_start” dan “kondisi” berlogika LOW atau 0 maka pompa menyala (HIGH) dan solenoid valve mati (LOW). Dan program untuk mematikan pompa dan menyalakan solenoid valve menggunakan operator pembanding dapat dituliskan seperti pada gambar 4.7
Gambar 4.7 Arduino program pompa mati otomatis a b c d e Steker
Pada gambar 4.7, mmHg merupakan nilai sensor yang telah dikonversi sebelumnya, jika nilai mmHg lebih besar dari nilai 150 maka pompa mati (LOW) dan solenoid valve menyala (HIGH).
3.2
Hasil pengukuran
Pada pengambilan data dari hasil pengukuran dapat disajikan dalam bentuk tabel. Adapun data yang diambil sebanyak lima orang tiap orang diukur tiga kali pada masing-masing pengukuran tekanan darah. Pengukuran tekanan darah dilakukan menggunakan alat modul, tensimeter digital dan tensimeter analog sebagai pengukuran refrensi dan juga sebagai pembanding dan alat modul.
Tabel 4.1 Pengambilan Data
Nama Pasien Pengukuran Digital (mmHg) Pengukuran Analog (mmHg) Pengukuran Modul (mmHg) Sist ol Diast ol Sist ol Diast ol Sist ol Diast ol Respon den 1 119 82 120 100 119 79 118 82 120 80 119 79 116 84 120 90 118 79 Respon den 2 117 85 120 80 119 79 110 82 120 90 114 74 111 76 120 80 119 79 Respon den 3 112 79 120 90 119 79 111 81 140 100 119 79 100 81 140 100 118 78 Respon den 4 100 71 110 80 105 67 107 71 102 80 110 70 98 69 98 70 108 68 Respon den 5 99 56 110 80 109 69 94 56 110 70 113 73 91 54 100 70 110 70
Karena tiap alat dilakukan pengukuran tiga kali maka nilai diratakan untuk mengetahui nilai rata-rata pada tiap pengukuran dari hasil pengambilan data. Rumus yang digunakan untuk meghitung rata-rata ialah:
Rumus: Nilai Rata − Rata = Jumlah Data
Banyaknya data
Contoh: Nilai rata − rata =119+118+116
3 = 118
Tabel 4.2 Rata-rata pengukuran
Dari hasil rata-rata kemudian menghitung nilai selisih error pengukuran alat modul dan alat pengukuran digital dan analog (alat pembanding), untuk mengetahui selisih error alat modul dan alat yang dibandingkan. Untuk dapat menghitung nilai selisih error menggunakan rumus seperti berikut: Rumus: 𝑆𝑒𝑙𝑖𝑠𝑖ℎ = |𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑙 𝑑𝑖𝑔𝑖𝑡𝑎𝑙 − 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙| Contoh: 𝑆𝑒𝑙𝑖𝑠𝑖ℎ = |118 − 119| = 1
Tabel 4.3 Rata-rata error pengukuran
Responden tiga memiliki riwayat tekanan darah normal kurang lebih 120/80 ketika dilakukan pengukuran tekanan darah digital rata-rata nilai tekanan darah 114/80 mmHg pada, dan pengukuran tekanan darah analog rata-rata 133/97 mmHg. Ketika dilakukan pengukuran tekanan darah pada alat modul menunujukan nilai rata-rata sebesar 119/79 mmHg. Namun pada pengukuran selisih error pengukuran tekanan darah analog dan alat modul memiliki selisih sistol 15 mmHg dan diastol 18 mmHg. Karena ketika pengukuran tekanan darah analog dilakukan pasien dalam kurang rileks dan tegang.
Responden lima memiliki riwayat tekanan darah rendah dibawah 110/80, ketika diukur dengan pengukuran tekanan darah digital memiliki rata-rata nilai 95/55 mmHg, dan pada pengukuran tekanan darah analog memiliki rata-rata 107/ 73 mmHg. Ketika dilakukan pengukuran tekanan darah pada alat modul memiliki nilai rata-rata 111/71 mmHg namun pada pengukuran selisih error pengukuran tekanan darah digital dan alat modul memiliki selisih sistol 16 mmHg dan
diastol 15 mmHg. Karena ketika pada saaat pengukuran pasien rumin tangan pasien rumin bergerak sehingga sensor mendeteksi ada perubahan tekanan yang sebenarnya itu adalah otot bukan nadi.
Responden satu yang mempunyai tekanan darah normal 120/80 mmHg, ketika di ukur pengukuran tekanan darah digital nilai rata-rata 118/83 mmHg dan pengukuran tekanan darah analog nilai rata-rata 120/90 mmHg. Ketika diukur pengukuran tekanan darah alat modul nilai rata-rata 119/79. Responden dua yang mempunyai tekanan darah normal 120/80 mmHg, ketika di ukur pengukuran tekanan darah digital nilai rata-rata 113/81 mmHg dan pengukuran tekanan darah analog nilai rata-rata 120/83 mmHg. Ketika diukur pengukuran tekanan darah alat modul nilai rata-rata 117/77. Responden empat yang mempunyai tekanan darah normal 120/80 mmHg, ketika di ukur pengukuran tekanan darah digital nilai rata-rata 95/55 mmHg dan pengukuran tekanan darah analog nilai rata-rata 107/73 mmHg. Ketika diukur pengukuran tekanan darah alat modul nilai rata-rata 111/71.
4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil perencanaan pembuatan modul, penulisan dan analisa data dapat disimpulkan sebagai berikut:
a. Pembuatan alat pegukuran tekanan darah otomatis menggunakan sensor MPX5050DP, solenoid valve, pompa udara, LCD 16 x 2, dan mikrokontroler ATmega328, dimana sensor mendeteksi tekanan, pompa udara dan solenoid
valve mengatur tekanan pada manset,
mikrokontroler ATmega328 mengolah data dari sensor, dan LCD 16 x 2 menampilkan hasil pembacaan mikrokontroler.
b. Nilai sistol terdeteksi berdasarkan inputan dari sensor MPX5050DP, apabila sensor mendeteksi adanya perubahan tekanan manset pada program selisih, ketika tekanan pada manset turun maka nilai tersebur mengacu pada hasil pengukuran paling sering muncul ketika denyut nadi pertama terdeteksi perubahan inilah yang diambil sebagai nilai sistol, kemudian nilai sistol dikurang 40 mmHg untuk menentukan nilai diastol. c. Pompa udara dan solenoid valve
dikontrol menggunakan mikrokontroler ATmega328 dengan tegangan input 12V. Pompa menyala ketika tombol
start ditekan dan akan mati ketika tekanan manset diatas 150 mmHg, dan solenoid tetap mati ketika tombol start ditekan dan akan menyala ketika tekanan manset berada diatas 150 mmHg untuk membuang tekanan pada manset.
d. Pengujian dilakukan dengan cara membandingkan alat modul dengan tensimeter digital dan tensimeter analog, dari hasil pengujian didapat hasil yang bersesuaian.
