25
DESAIN SISTEM ANTROPOMETRI DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER La Ode Hasnuddin Sagala1, La Juni2
1Universitas Haluoleo
Email: hasnuddinsagala@yahoo.com,
2Teknik Elektromedik Stikes Mandala Waluya Kendari
Email: lajuni.stikesmw@gmail.com
Abastrak
Dalam perkembangan tubuh seseorang, akan terjadi perbedaan antara setiap individu. Perbedaan itu dapat berupa tinggi dan berat badan. Hal tersebut menjadi salah satu factor tubuh seseorang dapat dikatakan ideal ataupun tidak ideal. Ideal ataupun tidak ideal tubuh seseorang dapat ditentukan dengan klasifikasi nilai Indeks Massa Tubuh (IMT). Dimana nilai ini diperoleh dari hasil perhitungan berat badan dibagi dengan tinggi badan pangkat dua. Sistem yang dibangun memungkinkan dilakukan pengukuran tinggi dan berat badan dalam waktu yang bersamaan serta melakukan kalkulasi nilai IMT. Pengukuran tinggi badan memanfaatkan sensor jarak ultrasonic yang mampu pengukura jarak pada rentan 20 – 400 cm. sensor tersebut diletakkan diatas kepala pasien pada ketinggian 210 cm. sehingga tinggi pasien dapat diketahui dengan mengurangkan tinggi posisi sensor dengan jarak yang terukur antara sensor dengan kepala pasien. Sedangkan untuk pengukuran berat badan, digunakan sensor tekanan Load Cell yang mampu mengukur berat hingga 200kg. Sensor ini diletakkan pada bagian bawah tempat pasien berpijak sehingga pada saat dilakukan pengkuran tinggi badan, berat badan pasien juga dapat diukur. Hasil pengkuran tinggi dan berat badan oleh kedua sensor kemudian diolah dan dikalkulasi untuk mendapatkan nilai IMT yang kemudian ditampilkan pada layar LCD ataupun komputer. Pada proses ini digunakan Mikrokontroler yang telah diprogram untuk melakukan fungsi tersebut. Mikrokontroler juga diprogram untuk melakukan klasifikasi berdasarkan tabel nilai IMT tersebut. Kata kunci: Antropometri, Sensor Ultasonik, Load Cell
PENDAHULUAN
Dalam perkembangan tumbuh tubuh manusia sejak lahir hingga dewasa akan berbeda pada setiap individu. Perbedaan yang terjadi bisa disebabkan karena fakor genetika, asupan gizi dan faktor-faktor yang lainnya. Untuk menetukanperkembangan tubuh seseorang dapat dikatakan ideal atau tidak ideal bergantung pada perbandingan antara tinggi dan berat badan orang tersebut. Perbandingan antara tinggi dan berat badan tersebut dikenal dengan istilah indeks massa tubuh (IMT). Nilai IMT didapatkan dari berat dalam kilogram dibagi dengan kuadrat dari tinggi badan dalam meter (kg/m2) ([1]. Hasil perhitungan IMT tersebut kemudian diklasifikasikan untuk menentukan tingkat keidealan pertumbuhan tubuh seseorang.
Untuk memperoleh tinggi dan berat badan seseorang, maka terlebih dahulu harus dilakukan pengukuran menggunakan tinggi badan menggunakan meteran/penggaris dan pengukuran berat badan menggunakan timbangan berat badan yang kemudian dikalkulasi untuk mendapatkan nilain IMT. Hal tentunya akan memerlukan waktu yang cukup lama hingga diperoleh klasifikasi pertubmuhan tubuh seseorang. Dengan perkembangan teknologi yang begitu pesat khususnya di bidang elektronika, maka dapat dikembangkan suatu system yang dapat mengukur tinggi dan berat badan dalam satu alat serta dapat mengkalkulasi nilai dari IMT.
Dalam melakukan pengukuran tinggi badan, system yang dikembangkan menggunakan sensor jarak berbasis Ultrasonik, dimana sensor ini dapat mengukur jarak antara objek dan sensor tanpa ada kontak langsung dengan objek tersebut. Sedangkan untuk pengukuran berat badan digunakan sensor berat Load Cell, dimana sensor ini akan mengalami perubahan hambatan (resistivitas) apabila terjadi perubahan tekanan pada permukaan sensor tersebut. Besaran yang dihasilkan oleh kedua sensor tersebut kemudian diolah
oleh mikrokontroler. Mikrokontroler merupakan suatu devais yang dapat diprogram untuk menjalakan berbagai fungsi pengontrolan dan pengolahan data, sehingga data yang dihasilkan oleh kedua sensor tersebut dapat ditampilkan pada LCD karakter dan dikalkulasi untuk mendapatkan nilai IMT.
METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini, metode penelitian yang dilakukan terbagi menjadi dua, yaitu perancangan hardware dan perancangan software.
1. Perancangan Hardware
Pada perancangan hardware yang dilakukan, system yang dibuat terdiri ari beberapa bagian, yaitu sensor ketinggian, sensor berat, sistem pengolahan data, display/LCD, power supply.
Gambar 19 Blok diagram perancangan ssistem
Sensor ketinggian yang menggunakan sensor ultrasonic tipe HC-SR04 ditempatkan tepat di atas kepala pasien yang akan diukur tinggi badannya. Sensor akan mengukur jarak antara sensor dengan kepala pasien berdasarkan waktu tempuh yang diperlukan oleh gelombang ultrasonic yang dipancarkan hingga dipantulkan oleh benda/kepala pasien [2] dan diterima kembali oleh sensor dengan referensi kecepatan rambat gelombang di udara dalah 340 m/s [3]. Untuk mendapatkan tinggi dari pasien (TB), maka hasil pengukuran tersebut harus (H2) dikurangkan dengan jarak antara sensor dengan lantai tempat pasien berpijak (H1).
Gambar 20 Sensor Ultrasonik HC-SR04 [4]
Sedangkan untuk mengukur berat badan dari pasien, maka sensor berat diletakkan tepat di bawah pasien atau di bawah lantai pijakan tempat pasien berdiri. Sehingga dalam waktu yang bersamaan, akan diperoleh tinggi dan berat badan pasien. Data keluaran dari kedua sensor ini kemudian menjadi masukan pada system pengolah data/Mikrokotroler ATmega328. Mikrokontroler kemudian akan melakukan pembacaan data dari sensor sesuai dengan algoritma program yang dimasukkan ke dalamnya.
(a)
Gambar 21 (a) Load Cell, (b) posisi pemasangan Load Cell [5]
Gambar 22 Skema Perancangan sistem pengukuran tinggi dan berat badan
Gambar 23 Konfigurasi pin ATmega328 [6]
2. Perancangan Software
Pada proses perancangan software dilakukan pembuatan program yang akan dimasukkan ke dalam mikrokontroler agar mikrokontroler dapat menjalankan fungsi sesuai yang diharapkan. Berikut flowcart perancangan software yang dilakukan:
Gambar 24 Flow Chart Program Mikrokontroler
Gambar 25 Flow Chart klasifikasi perhitungan nilai IMT
Flow chart di atas kemudian diterjemahkan ke dalam bahasa pemrograman untuk dapat di masukkan ke dalam mikrokontroler. Bahasa pemrograman yang digunakan adalah C++ dengan kompliernya menggunakan Arduino IDE.
HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Peracangan Hardware
a. Sensor tinggi badan
Sensor ultrasonic yang digunakan untuk mengukur tinggi badan memiliki 2 pin antar muka yang berfungsi sebagai pemicu (trigger) dan data output (Echo) yang dihubungkan dengan pin digital mikrokontroler yaitu pin D8 dan D9. Table 1 Konfigurasi hubungan pin Mikrokontroler dengan Sensor HC-SR04
Mikrokontroler ATmega328 Sensor HC-SR04 Vcc 5 volt GND (Ground) GND (Ground) Pin 14/D8 Trigger Pin15/D9 Echo
Sensor tersebut diletakkan pada tiang dengan ketinggian 210 cm. ketinggian ini dapat di ubah sesuai dengan kebutuhan karena sensor yang digunakan dapat mengukur jarak hingga 400 cm. namun ketingian 210 cm digunakan sebagai estimasi tinggi maksimum orang pada umumnya tidak lebih dari 200 cm.
Gambar 2 Sensor pengukur tinggi badan b. Sensor Berat Load Cell
Sensor berat yang digunakan memiliki jangkauan penguran hingga 200 kg. Perubahan tegangan keluaran sensor terhadap tekanan (berat badan) yang sangat kecil dimasukkan pada Modul HX711 yang merupakan ADC eksternal yang memiliki
resolusi 24 bit sehingga diperoleh hasil pengukuran yang lebih baik jika dianding dengan menggukan ADC internal dari mikrokontroler yang memiliki resolusi 8 bit [7].
Table 3 Konfigurasi hubungan Load Cell dengan modul HX711
Load Cell Modul HX711 Kabel Merah Pin E+ Kabel Hitam Pin E-
Kabel Hijau A+
Kabel Putih A-
Data keluaran dari Modul HX711 yang sudah dalam bentuk digital kemudian dimasukkan pada pin mikrokontroler untuk dilakukan pengolahan dan pengkalibrasian sehingga diperoleh hasil pembacaan dalam satuan kilogram (kg).
Tabel 4 Konfigurasi hubungan Modul HX711 dengan Mikrokontroler ATmega328 Modul HX711 Mikrokontroler ATmega328 Vcc 5 volt GND (ground) GND (ground) Data (DT) Pin 24/A1
SCK Pin 23/A0
c. Liquid Crystal Display (LCD)
Liquid Crystal Display (LCD) memiliki 16 pin antar muka (Table 5). LCD ini berfungsi untuk menampilkan hasil pengukuran tinggi dan berat badan serta hasil kalkulasi nilai IMT. Hubungan antara mikrokontroller ATmega328 dengan LCD ditunjukkan pada tabel berikut:
Table 5 Hubungan antara mikrokontroller ATmega328 dengan LCD Mikrokontroler ATmega328 LCD D2 DB7 D3 DB6 D4 DB5 D5 DB4 D6 E GND RS D7 R/W Vcc Vss GND Vdd d. Catu daya
Catu daya digunakan sebagai sumber tegangan untuk system yang dibuat. System yang dibuat memerlukan sumber tegangan DC sebesar 5 volt. Oleh karenan itu, catu daya dibaut agar dapat mengngubah tegangan AC 220 volt menjadi tegangan 5 volt DC. Berikut adalah skema rangkaian catu daya yang digunakan.
Gambar 26 Rangkaian catu daya 2. Perancangan software
a. Pembuatan program mikrokontroler
Mikrokontroler dalam
pengaplikasiannya membutuhkan perintah yang ditulis ke dalam bahasa pemrograman untuk menterjemahkan perintah yang ingin diberikan menjadi bahasa mensin. Tipe bahasa program yang digunakan adalah C++ dengan menggunakan software Arduino.
Gambar 27 Tampilan software Arduino b. Pembuatan program Grafical Unit
Interface (GUI)
Grafical unit interface (GUI) merupakan suatu software yang memungkinkan suatu device/peralatan dapat terhubung dengan komputer. GUI yang buat menggunakan software Delphi sehingga hasil pengkuran berat dan tinggi seseorang dapat ditampilkan pada layar komputer.
Gambar 28 Grafical Unit Interface system Antroprometri
3. Pengujian Sensor a. Sensor tinggi badan
Sensor ultrasonic yang digunakan untuk mengukur tinggi badan memiliki jangkauan pengukuran tinggi hingga 400 cm dengan jarak ukur terdekat 20 cm. Skala terkecil yang dapat oleh sensor adalah 1mm, namun sensor ini hanya mampu mengukur jarak suatu benda dengan dimensi terkecil adalah 4 cm persegi. Sehingga dalam pengkuran tinggi badan, seseorang yang akan di ukur tinggi badannya harus meletakkan suatu plat kecil sebagai bidang pantul pengukuran sensor. Jika pengkuran tidak menggunakan plat yang diletakkan pada kepala pasien maka pengukuran terjadi pada rambut yang tidak rata sehingga pengkuran tinggi badan akan menjadi sangat tidak akurat.
b. Sensor berat badan
Sensor berat yang digunakan hanya berjumlah satu buah yang diletakkan tepat di bawah pijakan pasien. Oleh karena itu, pengukuran berat badan harus berpijak tepat di atas sensor. Jika pijakan tidak tepat di atas sensor, maka akan menghasilkan pengkuran yang jauh berbeda dengan hasil pengukuran menggunakan timbangan digital yang konvensional. Hasil pengukuran menunjukkan perbedaan antara sensor berat terhadap timbangan konvesional mencapa ±4 kg tergantung posisi pasien berpijak.
c. Klasifikasi Nilai IMT dan Perhitungan BBI
Hasl pengukuran tinggi dan berat badan dari kedua sensor kemudian dikalkulasi oleh mikrokontroler berdasarkan program yang telah dimasukkan. Jika sensor tinggi dan berat badan telah stabil dalam melakukan pengkuran, maka nilai IMT dan BBI dapat diperoleh dengan menekan tombol yang telah tersedia pada system ataupun dengan mengklik tombol yang terdapat pada GUI yang ditampilkan di layar computer.
Gambar 29 Tampilan LCD system antropometri digital
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diperoleh dari penlitian ini adalah sebagai berikut:
a. System pengukuran tinggi badan menggunakan sensor ultrasonic memberikan hasil yang cukup baik jika pada bagian atas kepala pasien diletakkan suatu plat datar sebagai bidang pantul sensor dalam melakukan pengukuran.
b. Load cell yang digunakan untuk mengukur berat badan hanya berjumlah satu buah, sehingga dalam melakukan pengukuran berat badan pasien harus berdiri tepat di atas sensor untuk memberikan hasil pengkuran yang baik.
c. System yang dibangun dapat melakukan perhitungan nilai IMT dan BBI berdasarkan hasil pengukuran sensor tinggi dan berat badan.
DAFTAR PUSTAKA
[1] World Health Organization. Physical status: The use and interpretation of anthropometry. Geneva, Switzerland: World Health Organization 1995. WHO Technical Report Series.
[2] Sainal, M.A, 2010, Disain Sistem Telemetri Radio Untuk Pemantauan Tinggi Permukaan Air Menggunakan Gelombang Ultrasonik, Kendari: F-MIPA, UHO.
[3] Halliday, D., Resnick, R, Walker, J., 1997. Fundamentals of physics. Jhon Wiley & Sons, Inc, America.
[4] Freaks elec, 2000. Data Sheet Ultrasonic Ranging Module HC - SR04.
[5] VPG Transducer, 2014. Low Profile Aluminum Load Cell.
[6] Atmel, 2013. Data Sheet Atmega238 [7] Semiconductor AVIA, 2001, Data Sheet 24-Bit Analog-to-Digital Converter (ADC) for Weigh Scales.
