ALAT PEMANTAUAN VOLUME INFUS BERBASIS INTERNET OF THINGS (IoT) MENGGUNAKAN ESP32 DAN
RASPBERRY PI
MONITORING SYSTEM OF INFUSE VOLUME BASED ON INTERNET OF THINGS (IoT) USING ESP32 AND RASPBERRY
PI SKRIPSI
Disusun oleh :
HENDIYANSYAH DIAN PRASTYANA 181042029
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND
YOGYAKARTA
2020
ii
ALAT PEMANTAUAN VOLUME INFUS BERBASIS INTERNET OF THINGS (IoT) MENGGUNAKAN ESP32 DAN
RASPBERRY PI
MONITORING SYSTEM OF INFUSE VOLUME BASED ON INTERNET OF THINGS (IoT) USING ESP32 AND RASPBERRY
PI SKRIPSI
Disusun oleh :
HENDIYANSYAH DIAN PRASTYANA
NIM : 181042029
Program Studi : Teknik Elektro Jenjang Studi : Strata Satu (S-1) Konsentrasi : Elektronika Jurusan : Teknik Elektro Fakultas : Teknologi Industri
INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND YOGYAKARTA
2020
iii
iv
v
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan barokah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “ALAT PEMANTAUAN VOLUME INFUS BERBASIS INTERNET OF THINGS (IoT) MENGGUNAKAN ESP32 DAN RASPBERRY PI”.
Laporan skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T.) pada Program Studi S1 Teknik Elektro Fakultas Teknik Industri Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta.
Dalam melakukan penelitian dan penyusunan laporan skripsi ini penulis telah mendapatkan banyak dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada:
1. Rektor IST AKPRIND Yogyakarta Dr. Ir. Amir Hamzah, MT.
2. Dekan Fakultas Teknologi Industri Dr. Ir. Toto Rusianto, MT.
3. Bapak Sigit Priyambodo, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro sekaligus selaku Dosen pembimbing 2 yang membimbing penulis dari awal penyususnan penelitian.
4. Bapak Muhammad Andang Novianta, S.T., M.T. selaku Dosen pembimbing 1 yang memberikan bimbingan Skripsi dari awal sampai akhir dan banyak masukan yang membangun kepada penulis.
5. Para Dosen Program Studi S1 Teknik Elektro Fakultas Teknik Industri Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis.
6. Para Karyawan/wati Program Studi S1 Teknik Elektro Fakultas Teknik Industri Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta yang telah membantu penulis dalam proses belajar.
7. Ibu dan Bapak beserta keluarga yang selalu memberi dukungan dan doa.
8. Tiara Hayyu Wijaya yang selalu memberikan dukungan dan telah banyak menemani dan membantu dalam berbagai hal kepada penulis.
vii
9. Agung Wibisono dan Muhammad Abi Darda Ferbe, rekan bimbingan yang telah memberikan bantuan, semangat dan motivasi selama mengerjakan Skripsi.
10. Teman-teman IST Akprind, khususnya ekstensi tahun 2018 yang telah memberikan semangay dan motivasi selama menempuh bangku kuliah dan mengerjakan Skripsi.
11. Semua pihak yang telah membantu dalam penulisan laporan Skripsi yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa laporan Skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu semua jenis saran, kritik dan masukan yang bersifat membangun sangat penulis harapkan. Akhir kata, semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat dan memberikan wawasan tambahan bagi para pembaca dan khususnya bagi penulis sendiri.
Yogyakarta, 10 Maret 2020
Hendiyansyah Dian Prastyana
viii
MOTO
“Maka nikmat Rabb-kamu yang manakah, yang kamu dustakan”
(Ar-rahman: 13)
“Allah tidak akan mengubah nasib suatu kaum sampai kaum itu sendiri yang mengubah apa-apa yang pada diri mereka”
(Al-Ra’d: 11)
“Jangan pernah puas apa yang kamu dapat sekarang, karena kepuasan hanya akan memperhambat kamu yang akan datang”
(CatatanPenulis)
ix
INTISARI
Dalam dunia medis, infus merupakan alat yang paling sering digunakan.
Infus digunakan untuk memberikan asupan tambahan melalui pembuluh darah vena untuk mempercepat proses asupan tambahan ke dalam tubuh pasien. Meskipun cairan infus pada umumnya digunakan sebagai terapi kesembuhan pasien, namun beberapa kasus fungsi cairan infus juga dapat digunakan untuk menjaga daya tahan tubuh. Petugas medis saat memeriksa infus masih secara manual, sehingga apabila terjadi masalah seperti kehabisan cairan sangat berbahaya bagi pasien jika tidak segera ditangani.
Guna mengatasi masalah tersebut dibuatlah sistem monitoring volume cairan infus secara real time dan terkomputerisasi. Sistem tersebut menggunakan mikrokontroler ESP-32 sebagai kontroler, Raspberry Pi berfungsi sebagai mini PC untuk menampilkan Node-RED. Sensor load cell membaca berat cairan infus dan diproses di ESP-32 dan selanjutnya data dikirim ke software Node-RED sehingga menjadi dashboard monitoring secara real time. Hasil pembacaan sensor ditampilkan dalam bentuk volume yang ditampilkan pada LCD (Liquid Crystal Display) dan platform IoT (Internet of Things) dashboard monitoring Node-RED.
Sistem monitoring volume infus yang dibuat berfungsi untuk membantu petugas medis dalam pengecekan cairan infus pada kamar pasien. Petugas medis dapat memantau kondisi infus pada ruang jaga dengan mengakses alamat dashboard monitoring Node-RED menggunakan web browser pada PC (Personal Computer) dan HP (Handphone). Tampilan dashboard Node-RED berbentuk gauge dan chart, apabila tampilan gauge berubah warna menjadi merah menandakan cairan infus hampir habis. Pada alat terdapat buzzer yang berbunyi apabila kondisi infus di bawah <50 ml. Pembacaan alat mempunyai nilai error sebesar 0.0085 % dan mempunyai akurasi pembacaan sebesar 99.992 %.
Kata kunci: Infus, ESP-32, Load Cell, Internet of Things, Node-RED
x
ABSTRACT
In medical world, infuse is a tool that mostly used. Infuse used to give extra energy through vena cava to speed up the extra energy process into the patient body. Eventhough infuse fluid mostly used as patient healing therapy, but for some cases infuse also can be used to keep body endurance. Nurse still check the infuse by manual, so when there is a trouble like the infuse bag is empty it can be very dangerous for the patient if not treated soon.
To solve that problem then infuse fluid volume monitoring by real time and computerized system is made. This system use ESP-32 microcontroller as a controller, Raspberry Pi used as mini PC to show Node-Red. Load cell sensor read the weight of infuse fluid and processed by ESP-32 and then the data sent to Node- Red software so become monitoring dashboard by real time. The sensor reading results will be showed in volume form on LCD (Liquid Crystal Display) and Node- Red dashboard monitoring IoT (Internet of Things) platform.
The infuse volume monitoring system that has been made used to help the nurses when the nurses check the infuse in patient room. The nurse can monitored the condition of the infuse in nurse station by accessing the Node-Red dashboard monitoring website using web browser on PC (Personal Computer) and Handphone. Node-Red dashboard use gauge and chart display. When gauge display turning red it means that infuse fluid is almost empty. Buzzer is used on the device to make a sound when the infuse is less than 50 ml. The device reading has error value about 0.0085% and has reading accuracy about 99.992%.
Keywords: Infuse, ESP-32, Load Cell, Internet of Things, Node-Red
xi
DAFTAR ISI
JUDUL ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN ... v
KATA PENGANTAR ... vi
MOTO ... viii
INTISARI ... ix
ABSTRACT ... x
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR GAMBAR ... xvi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 3
1.4.1 Tujuan Penelitian ... 3
1.4.2 Manfaat penelitian ... 4
1.5 Keaslian Penelitian ... 4
1.6 Sistematika Penulisan ... 8
xii
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ... 10
2.1 Tinjauan Pustaka ... 10
2.2 Landasan Teori ... 14
2.2.1 Sensor Berat (Load Cell Sensor) ... 14
2.2.2 Mikrokontroler ESP-32 ... 17
2.2.3 Raspberry Pi ... 20
2.2.4 Modul HX711 ... 24
2.2.5 Node-RED ... 25
2.2.6 LCD (Liquid Crystal Display) ... 26
2.2.7 Buzzer ... 28
2.2.8 Internet of Things (IoT) ... 29
2.2.9 Infus ... 31
2.2.10 Konversi Berat (Kg) ke Volume (L) ... 33
2.2.11 Ketidakpastian Pengukuran ... 34
2.3 Hipotesis ... 35
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 36
3.1 Alat dan Bahan ... 36
3.1.1 Alat Penelitian ... 36
3.1.2 Bahan ... 37
3.2 Tahapan Penelitian ... 38
3.3 Perancangan Sistem ... 39
xiii
3.4 Perancangan Hardware ... 40
3.4.1 Perancangan Cara Kerja Alat ... 40
3.4.2 Perancangan Wiring Komponen ... 41
3.4.3 Perancangan Besain Box Komponen ... 42
3.4.4 Perancangan Penempatan Box pada Tiang Infus ... 43
3.5 Perancangan Software ... 44
3.5.1 Perancangan Program Mikrokontroler ... 44
3.5.2 Perancangan Program Dashboard Node-RED ... 46
3.6 Implementasi Hardware ... 48
3.6.1 Implementasi Cara Kerja Alat... 48
3.6.2 Implementasi Wiring Komponen ... 50
3.6.3 Implementasi Box Komponen ... 50
3.6.4 Implementasi Penempatan Box pada Tiang Infus ... 52
3.7 Implementasi Software ... 53
3.7.1 Implementasi Program Mikrokontroler ... 53
3.7.1 Implementasi Program Dashboard Node-RED ... 56
3.8 Cara Analisa ... 63
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 64
4.1 Hasil Penelitian ... 64
4.2 Pengujian Sensor Load Cell ... 68
4.3 Pengujian Sistem ... 70
xiv
4.4 Perbandingan Sistem Manual dengan Sistem Monitoring Real Time ... 72
4.5 Pembahasan ... 73
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 76
5.1 Kesimpulan ... 76
5.2 Saran ... 77
DAFTAR PUSTAKA ... 78
LAMPIRAN ... 81
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Keaslian Penelitian ... 4
Tabel 2.1 Karakteristik Sensor Load Cell ... 15
Tabel 3.1 Daftar Perangkat Lunak yang Digunakan dalam Peneletian ... 36
Tabel 3.2 Peralatan Kerja ... 37
Tabel 3.3Daftar Bahan dalam Penelitian ... 37
Tabel 4.1 Data Percobaan Sensor Load Cell ... 69
Tabel 4.2 Perbandingan Sistem Existing dengan Sistem Monitoring Real Time .. 73
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bentuk Fisik Load Cell ... 14
Gambar 2.2 Rangkaian Jembatan Wheatstone ... 16
Gambar 2.3 Mikrokontroler ESP-32 ... 17
Gambar 2.4 Blok Diagram ESP-32 ... 18
Gambar 2.5 GPIO Mikrokontroler ESP32 ... 20
Gambar 2.6 Lambang Raspberry Pi ... 22
Gambar 2.7 Raspberry Pi dan GPIO Header ... 24
Gambar 2.8 Modul HX711 ... 24
Gambar 2.9 Contoh Flow Node-RED ... 25
Gambar 2.10 Pin LCD ... 27
Gambar 2.11 Tampilan Depan LCD ... 27
Gambar 2.12 Buzzer ... 28
Gambar 3.1 Flow Chart Jalannya Penelitian ... 38
Gambar 3.2 Diagram Alir Perancangan Sistem ... 39
Gambar 3.3 Perancangan Implementasi Alat ... 41
Gambar 3.4 Perancangan Perangkat Keras ... 41
Gambar 3.5 Desain Box Komponen ... 42
Gambar 3.6 Desain Penempatan Box pada Tiang Infus ... 43
Gambar 3.7 Diagram Alir Pemrograman Mikrokontroler ... 45
Gambar 3.8 Diagram Alir Pemrograman Dashboard Node-RED ... 47
Gambar 3.9 Implementasi Alat pada Ruang Pasien ... 48
Gambar 3.10 Implementasi Alat pada Ruang Jaga ... 49
Gambar 3.11 Implementasi Wiring Komponen ... 50
Gambar 3.12 Box Komponen Alat ... 51
Gambar 3.13 Implementasi Penempatan Box pada Tiang Infus ... 52
Gambar 3.14 Kode Program Inisialisasi ... 54
Gambar 3.15 Kode Program Void Setup ... 54
Gambar 3.16 Kode Program Void Loop ... 55
Gambar 3.17 Flow Proses Node-RED ... 56
xvii
Gambar 3.18 Palette Http In ... 57
Gambar 3.19 Palette getData ... 58
Gambar 3.20 Palette Function Ruang ... 59
Gambar 3.21 Palette Dashboard Text Output ... 59
Gambar 3.22 Palette Dashboard Gauge Volume Infus ... 60
Gambar 3.23 Palette Dashboard Chart ... 61
Gambar 3.24 Palette Date Timestamp ... 61
Gambar 3.25 Palette Function getDate ... 62
Gambar 3.26 Palette Dashboard Text Waktu ... 62
Gambar 4.1 Alat Tampak Luar dan Dalam ... 64
Gambar 4.2 Tampilan Gauge Volume Infus ... 65
Gambar 4.3 Tampilan Chart Volume Infus ... 66
Gambar 4.4 Tampilan Menu General Info ... 66
Gambar 4.5 Tampilan Dashboard Monitoring di PC ... 67
Gambar 4.6 Tampilan Dashboard Monitoring di HP ... 67
Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Pengukuran Sensor dan Data Sebenarnya ... 69
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Infus merupakkan alat yang digunakan dalam bidang kesehatan yang berfungsi untuk mengganti cairan dalam tubuh dan membuat stabil elektrolit tubuh.
Pada kondisi emergency misalnya pada pasien dehidrasi, stress metabolic berat yang menyebabkan syok hipovolemik, asidosis, gastroenteritis akut, demam berdarah dangue (DBD), luka bakar, syok homoragik serta trauma, infus sangat dibutuhkan untuk mengganti cairan yang hilang dari pasien. Fungsi infus juga untuk larutan pertama apabila keadaan elektrolit pada tubuh pasien belum terdeteksi, contohnya dehidrasi karena asupan kurang, demam, dll. (Handaya, 2010)
Biasanya cairan infus ditempatkan pada botol plastik, kantung plastik dan botol kaca. Perawat harus mengganti kantung infus dengan yang baru saat cairan infus akan habis, akan tetapi kejadian pasien lupa atau tidak mengetahui cairan infusnya habis dan kerepotan untuk memberitahukan kepada petugas medis yang jaga untuk mengganti cairan infus yang baru. Apabila masalah seperti kehabisan cairan infus sering terjadi dan tidak ditangani oleh petugas medis berakibat berbahaya bagi pasien. Pengecekan infus saat ini masih menggunakan cara manual, perawat harus menerka-nerka kapan infus itu habis, sedangkan pasien atau keluarga yang menunggu harus mengecek secara berkala keadaan infus. Pengecekan secara manual masih menimbulkan kesalahan-kesalahan yang tidak diinginkan.
Penggunaan infus ini yang digunakan pada rumah sakit sebenarnya tidak begitu bermasalah bila pasien dapat diawasi dan dikontrol secara periode dalam waktu tertentu. Namun kebanyakan rumah sakit jumlah pasien tidak seimbang dengan jumlah tenaga medisnya, khususnya pada bagian pelayanan keperawatan yang bertugas 24 jam memantau kondisi pasien rawat inap satu per satu. Akibat keterbatasan itu kemungkinan kelalaian petugas jaga sangat bisa terjadi, terutama pada pemantuan kondisi infus pasien biasanya perawat harus memeriksa kondisi infus pasien secara berkala yang telah diperkirakan sebelumnya, sehingga perawat harus memeriksa keadaan infus pasien setiap saat ke ruangan pasien satu per satu.
2
Oleh karena itu perlu solusi untuk mengatasi masalah di atas dengan membuat alat monitoring volume cairan infus berbasis Internet of Things (IoT) di rumah sakit.
Sehingga tugas perawat atau tenaga medis yang sedang berjaga dapat dimudahkan untuk mengontrol dan mengamati keadaan infus pasien dengan mengawasi monitor yang telah menampilkan jumlah volume cairan infus pada komputer yang berada pada ruang jaga.
Seiring ini dengan perkembang zaman serta teknologi yang semakin cangih dan pengetahuan yang berkembang, manusia sudah menggunakan alat-alat dengan teknologi yang sudah serba canggih. Khususnya teknologi elektronika yang dapat diaplikasikan di berbagai bidang seperti bidang industri, pendidikan, informasi dan kesehatan. Penggunaan teknologi elektronika dalam bidang kesehatan dapat diterapkan di beberapa peralatan medis di rumah sakit. Peralatan medis yang menggunakan teknologi elektronika mempunyai kelebihan dari peralatan medis biasa karena lebih memperhitungkan kepresisian, ketepatan dan sudah terkomputerisasi. Pada bidang kesehatan atau medis masih memerlukan kemajuan teknologi, walaupun sudah banyak kemajuan teknologi di bidang tersebut.
Teknologi di bidang medis tersebut diharapkan mampu membantu tenaga medis untuk meningkatkan pelayanan kesehatan masyarakat.
Hal ini melatarbelakangi ide untuk membuat alat monitoring volume cairan infus yang bersifat IoT. Dengan adanya monitoring ini diharapkan dapat membantu tenaga medis dalam memantau kondisi volume infus secara berkala dan bersifat real time. Infus digantungkan pada sensor berat yang bertugas membaca berat infus selanjutnya berat infus akan dikonversi menjadi volume yang selanjutnya sensor akan mengirimkan informasi volume tersebut ke internet menggunakan mikrokontroler ESP-32. Untuk menampilkan pembacaan menggunakan LCD (Liquid Crystal Display) dan Raspberry Pi sebagai mini PC untuk mengakses program visual editor Node-RED, sehingga kondisi volume infus dapat dimonitor secara real time menggunakan dashboard monitoring dari Node-RED dengan mengakses web browser menggunakan perantara PC (Personal Computer) atau melalui HP (Handphone) petugas medis yang berjaga, sehingga infus dapat diganti sebelum infus tersebut kehabisan cairan. Pada alat juga terdapat buzzer apabila
cairan infus mendekati habis maka buzzer akan berbunyi. Hal ini tentunya menguntungkan untuk petugas medis dan pasien dari segi efisiensi waktu dan kinerja, karena petugas medis dapat langsung mengetahui kondisi infus dari ruang jaga dan pasien diganti infusnya tepat waktu sebelum infus akan habis cairannya.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang ada, maka didapat rumusan masalah yang dijelaskan sebagai berikut:
a. Bagaimana merancang sistem monitoring volume infus menggunakan load cell.
b. Bagaimana membaca volume infus melalui sensor berat load cell untuk dapat ditampilkan dalam dashboard monitoring Node-RED.
c. Bagaimana proses pengiriman data dari mikrokontroler ESP-32 yang ditampilkan pada dashboard monitoring Node-RED secara nirkabel.
1.3 Batasan Masalah
Agar masalah yang dibahas dalam pembuatan laporan tidak menyimpang dari maksud dan tujuannya, maka dilakukan pembatasan masalah sebagai berikut:
a. Menggunakan load cell sebagai pendeteksi volume cairan infus.
b. Tampilan dashboard monitoring Node-RED dalam bentuk volume dan grafik secara real time.
c. Menggunakan mikrokontroler ESP-32 sebagai pemroses data dan komunikasi sensor ke Raspberry Pi.
d. Penggunaan Raspberry Pi sebagai mini PC untuk menampilkan dashboard monitoring Node-RED.
1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian 1.4.1 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah dijelaskan sebagai berikut:
a. Membaca volume infus dengan memanfaatkan load cell dan mengirimkan data ke internet melalui mikrokontroler ESP-32.
b. Penyajian data pembacaan sensor pada dashboard monitoring secara real time dalam bentuk volume dan grafik yang mudah diakses dan mudah dipahami.
4
c. Pemanfaatan mikrokontroler ESP-32 untuk pemroses dan penghubung antara sensor load cell dan Raspberry Pi.
d. Pemanfaatan Raspberry Pi sebagai mini PC untuk mengakses dashboard monitoring Node-RED untuk digunakan sebagai penampil pembacaan sensor load cell.
1.4.2 Manfaat penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah dijelaskan sebagai berikut:
a. Adanya suatu sistem monitoring infus menggunakan sensor berat load cell pada rumah sakit secara manual menjadi sistem monitoring real time dan terkomputerisasi.
b. Membantu dan memudahkan petugas medis untuk memantau keadaan volume cairan infus pada masing-masing kamar pasien menggunakan dashboard monitoring Node-RED.
c. Adanya suatu sistem komunikasi nirkabel (IoT) untuk pembacaan volume infus dengan memanfaatkan ESP-32 dan Raspberry Pi untuk meminimalisir pasien kehabisan cairan infus tanpa sepengetahuan petugas medis.
1.5 Keaslian Penelitian
Untuk mendapatkan hasil yang optimal dari alat yang dibuat serta analisisnya, maka digunakan berbagai pendekatan. Keaslian penelitian ditunjukkan dengan menampilkan beberapa metode dari penelitian yang telah dilakukan sebelumnya yang berhubungan dengan sistem yang dibuat, kemudian dibandingkan dengan yang dilakukan oleh peneliti. Tabel 1.1 menujukan beberapa penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya.
Tabel 1.1 Keaslian Penelitian
Nama Publikasi Judul Penelitian Yang
Dilakukan Keterangan Septian Prasetyo
Aji
Universitas Negeri Yogyakrta, 2017
Alat Monitoring Tetesan Infus Menggunakan WEB Secara Online Berbasis ESP-8266
Pendeteksian tetesan infus dengan
menggunakan sensor InfraRed yang dikirim ke web server dan
Monitoring tetesan infus
Dengan Pemrograman Arduino IDE
ditampilkan pada antarmuka
Dani Sasmoko dan Yanuar Arief W
Sekolah Tinggi Elektronika dan
Komputer Semarang, 2017
Implementasi Penerapan Internet of Things (IoT) Pada Monitoring Infus
Menggunakan ESP-8266 Dan WEB Untuk Berbagi Data
Membuat sistem monitoring dengan penerapan teknologi Internet of Things (IoT) untuk mendeteksi berat botol infus
Tidak ada dashboard monitoring secara real time
Hartono Pranjoto, dkk
Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya, 2018
Monitor Sisa Cairan Infus Intravena Dengan Penimbangan Berat
Membuat alat monitoring berat cairan infus yang tersisa dengan sensor load cell dan
ditampilkan lewat LCD (Liquid Crystal Display)
Menggunakan LCD untuk menampilkan pembacaan sensor
Cita Kusuma, Farida Erinie dan Mochammad Taufik
Politeknik Negeri malang, 2018
Rancang Bangun Sistem Monitoring Tetes Siklus Periodik Infus Berbasis Arduino pada WEB
Membuat alat berfungsi memberikan peringatan saat cairan infus habis, mendeteksi intravena masuk pada selang infus dan mendeteksi tetesan infus
berhenti
Bersifat pengingat belum memonitor secara real time
Tony Kusuma dan Muhammad Tirta M
Universitas Pasundan, 2018
Perancangan Sistem Monitoring Infus Berbasis Mikrokontroler Wemos D1 R2
Melakukan monitoring sisa cairan infus dengan sensor load cell
Data pembacaan ditampilkan pada serial monitor Arduino IDE Hendiyansyah
Dian P
Universitas Gadjah Mada, 2018
Pengamatan Volume Air Bersih Instalasi Pengolahan Air Berbasis
Membuat sistem monitoring dan co- ntrol secara real time dan otomatis pada Water Treatment
Monitoring volume Water Treatment Plant (WTP)
6
Internet of Things (IoT) Menggunakan Arduino UNO Dan Raspberry Pi Pada PT.
PAMAPERSA- DA
NUSANTARA
Plant (WTP) yang ditampilkan di dashboard monitoring Node- RED pada PT.
PAMAPERSADA NUSANTARA
Suyanti dan Eppy Yundra
Universitas Negeri Surabaya, 2019
Rancang
Bangun Deteksi Detak Jantung Manusia
Dengan Metode Pulse Sensor Berbasis IoT
Melakukan monitoring detak jantung manusia yang terhubung dengan internet
Monitoring detak jantung pasien
Hasanuddin Muhammad
Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar, 2017
Sistem Monitoring Infus
Menggunakan Arduino
Membuat alat monitoring tetesan infus dengan sensor tetesan dan
menggunakan Arduino Mega sebagai
mirokontroler
Monitoring tetesan infus
Akhmad Z, Didik R Santoso dan M.
Aziz Muslim
Jurnal
EECCIS Vol.
6, No. 1, 2012
Monitoring dan identifikasi Gangguan Infus Menggunakan Mikrokontroler AVR
Merancang sebuah sistem pendeteksi kondisi cairan infus, penyumbatan cairan infus dan aliran darah dengan pengiriman data kondisi infus menggunakan komunikasi wireless
Data yang ditampilkan berupa data serial
Dika Febri, dkk Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, 2010
Pengembangan Sistem
Monitoring Tetesan Infus pada Ruang Perawatan Rumah Sakit
Membuat sebuah sistem monitoring dan mengontrol laju tetesan infus sesuai dengan setting batas atas dan batas bawah user. Sistem ini mengirimkan data melalui komunikasi
Belum bersifat Internet of Things (IoT)
serial pada PC, yaitu jumlah tetesan infus per menit.
Moh. Masruri Universitas Jember, 2009
Rancang Bangun Detektor Elektronik dan Monitoring pada Liquid Level dan Liquid Flow Infus Secara Komputerisasi
Membuat sistem monitoring liquid level dan liquid flow infus dengan
memberikan informasi berupa indikator LED yang terdapat pada komputer.
Sistem monitoring belum bersifat real time, menggunakan indikator LED
Hendiyansyah D P
Alat
Pemantauan Volume Infus Berbasis Internet of Things (Iot) Menggunakan ESP-32 dan Raspberry Pi
Membuat sistem monitoring volume kantong infus
menggunakan sensor load cell,
mikrokontroler ESP- 32 dan Raspberry Pi sebagai mini PC untuk menampilkan dashboard
monitoring Node- RED. Terdapat buzzer sebagai alarm apabila cairan infus akan habis.
Mengggunakan mikrokontroler ESP-32 yang sudah terdapat modul Wi-Fi dan bluetooth.
Alat ini menggunakan Raspberry Pi sebagai mini PC untuk
mengakses Node-RED sebagai penampil dashboard monitoring secara real time.
Berdasarkan ringkasan keaslian penelitian Tabel 1.1, dapat ditemukan perbedaan sistem yang dirancang pada skripsi ini dengan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya. Perbedaan yang mendasar pada alat monitoring volume infus berbasis Internet of Things (IoT) terletak pada penggunaan mikrokontroler yang digunakan yaitu ESP-32 yang digunakan sebagai mikrokontroler dan Raspberry Pi yang digunakan sebagai mini PC. Alat ini mengimplementasikan sistem Internet of Things (IoT) yang memungkinkan penggunanya bisa mengakses keadaan objek atau parameter yang diukur yaitu volume cairan infus melalui internet. Hasil dari penelitian ini adalah alat monitoring volume cairan infus
8
menggunakan dashboard monitoring Node-RED dengan menggunakan sensor load cell yang diimplemetasikan pada box komponen dan digantungkan pada tiang infus, sehingga alat yang dibuat menjadi lebih efisien dan efektif penggunaanya daripada alat yang dibuat sebelumnya. Terdapat buzzer berfungsi sebagai alarm apabila cairan infus akan habis dan segera diganti, karena apabila cairan infus habis dan terdapat udara pada selang infus sangat membahayakan kepada pasien. Serta yang menjadi perbedaan antara penelitian ini dan penelitian terdahulu adalah sensor load cell akan membaca berat kantong infus dan hasil pembacaan akan dikonversikan ke dalam bentuk volume dan perbedaan selanjutnya adalah dashboard monitoring yang digunakan yaitu dashboard monitoring Node-RED yang diakses melalui web browser pada Personal Computer (PC) dan Handphone (HP).
1.6 Sistematika Penulisan
Laporan penelitian skripsi ini disusun dengan sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Berisi latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metode penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II: TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
Menjelaskan tentang tinjauan pustaka, dasar-dasar teori tentang komponen- komponen yang digunakan, dan hipotesis penulis.
BAB III: METODOLOGI PENELITIAN
Menjelaskan metodologi dan perancangan alat berupa memaparkan ide dasar pembuatan meliputi perangkat keras perangkat lunak, dan penyusunan penyelesaian masalah.
BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian dan analisis memberikan penjelasan mengenai langkah-langkah pengujian dan memberikan data hasil yang diperoleh dari pengujian, kemudian diberikan analisis dan pembahasan secara ilmiah mengenai sistem elektronis dan perangkat lunak serta pembuktian hipotesis dengan hasil sebenarnya.
BAB V: PENUTUP
Bagian penutup memaparkan kesimpulan dari hipotesis yang telah dibuktikan dengan analisis yang telah dilakukan, sehingga akan memberikan kecenderungan arah keberhasilan dari penelitian, serta mencakup saran yang diberikan untuk peneliti selanjutnya.
10
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Penelitian yang dilakukan oleh Suyanti dan Eppy Yundra pada tahun 2019 yang berjudul “Rancang Bangun Deteksi Detak Jantung Manusia Dengan Metode Pulse Sensor Berbasis IoT” menggunakan sebuah mikrokontroller Arduino Atmega 2560 pro mini dan ESP-8266, alat ini memonitor detak jantung manusia yang terhubung dengan internet. Selain terhubung dengan internet, alat ini menggunakan 2 modul yaitu modul HC-06 dan modul GSM SIM800L yang dapat mengirimkan data lewat bluetooth dan melalui pesan singkat SMS. Data yang dikirimkan lewat internet kemudian ditampilkan pada antarmuka ThingSpeak yang menampilkan data secara grafik berdasarkan data detak jantung dan waktu.
Penelitian yang dilakukan oleh Septian Prasetyo Aji pada tahun 2017 yang berjudul “Alat Monitoring Tetesan Infus Menggunakan WEB Secara Online Berbasis ESP-8266 Dengan Pemrograman Arduino IDE” menggunakan NodeMCU ESP-8266 sebagai mikrokontroller yang juga terdapat modul Wi-Fi menjadi komponen utama pada alat ini. Alat ini mendeteksi tetesan infus dengan menggunakan sensor InfraRed. Tetesan dihitung setiap satu menit kemudian data tersebut dikirim ke web server untuk ditampilkan data tersebut pada antarmuka.
Antarmuka yang digunakan adalah Cayenne dimana data ditampilkan pada antarmuka tersebut.
Penelitian yang dilakukan oleh Citra Kusuma Wardani, Farida Erinie, dan Mochammad Taufik pada tahun 2018 yang berjudul “Rancang Bangun Sistem Monitoring Tetes Siklus Periodik Infus Berbasis Arduino pada WEB”. Alat ini terdapat sistem peringatan ketika cairan infus pada kondisi (± 100 ml) dengan menggunakan sensor berat, mendeteksi tetesan infus terhenti menggunakan sensor LDR (Light Dependent Resistor) serta photodiode untuk mendeteksi saat intravena masuk ke selang infus. Pembacaan yang didapat dari sensor alat ini diterima oleh Arduino. Selanjutnya nilai tersebut dikirim dengan Arduino masuk ke database.
Database selanjutnya dimasukan ke web monitoring, dimana web monitoring berada di ruang perawat yang memonitor cairan infus dari jarak jauh.
Penelitian yang dilakukan Tony Kusuma dan Muhammad Tirta Mulia pada tahun 2018 yang berjudul “Perancangan Sistem Monitoring Infus Berbasis Mikrokontroler Wemos D1 R2”. Alat ini monitoring sisa cairan infus berbasis mikrokontroler wemos D1 R2 dengan pendeteksi berat cairan infus menggunakan sensor berat load cell dan data kemudian dikirim ke mikrokontroler wemos D1 R2.
Alat ini menggunakan HX711 yaitu sebuah chip yang mengkorversi data fisik cairan infus menjadi digital. Hasil dari penelitian yang dilakukan adalah alat yang berguna untuk memberikan informasi sisa cairan infus kepada petugas medis untuk mengganti infus yang baru apabila cairan infus akan habis menggunakan serial monitor pada Arduino IDE.
Penelitian yang dilakukan Hartono Pranjoto dkk pada tahun 2018 yang berjudul “Monitor Sisa Cairan Infus Intravena Dengan Penimbangan Berat”.
Penelitian ini berfungsi untuk memberi informasi jumlah cairan infus yang sudah masuk ke dalam tubuh pasien secara akurat dengan memonitor berat cairan yang tersisa. Alat ini bekerja menimbang kantung infus dan cairan infus selama pasien menjalani proses terapi intravena dengan alat sensor berat load cell. Sensor load cell berfungsi membaca berat infus dan diterima modul analog to digital converter HX711 yang mengkonversi data fisik menjadi digital. Arduino UNO berfungsi sebagai mikrokontroler atau otak sistem, dan tayangan jumlah cairan infus menggunakan LCD.
Penelitian yang dilakukan Dani Sasmoko dan Yanuar Arief Wicaksono pada tahun 2017 yang berjudul “Implementasi Penerapan Internet of Things (IoT) Pada Infus Menggunakan ESP-8266 Dan WEB Untuk Berbagi Data”. Alat ini menggunakan teknologi Internet of Things (IoT) yaitu konsep yang bertujuan untuk mengirimkan data dari objek fisik melalui internet, jadi memungkinkan penerima di ujung lain untuk memonitor, memproses dan membuat keputusan berdarsarkan data yang diukur. Alat ini memonitor berat cairan infus dengan sensor load cell dan terhubung dengan modul ESP-8266 untuk mengirimkan data melalui internet secara
12
real time. Alat ini juga terhubung pada database MySQL dan dapat diakses melalui WEB.
Penelitian yang dilakukan Hendiyansyah Dian Prastyana pada tahun 2018 yang berjudul “Pengamatan Volume Air Bersih Instalasi Pengolahan Air Berbasis Internet of Things (IoT) Menggunakan Arduino UNO Dan Raspberry Pi Pada PT.
Pamapersada Nusantara”. Penulis membuat sebuah alat monitoring dan kontrol Water Treatment Plant (WTP) secara real time dan otomatis. Alat ini meggunakan Arduino UNO sebagai mikrokontroller dan Raspberry Pi 3 yang dijadikan sebagai mini PC. Sensor ultrasonik berfungsi membaca ketinggian air tandon kemudian sensor mengirimkan hasil ke Arduino UNO untuk mengontrol rele yang terhubung ke pompa pengisian. Data selanjutnya dikirim ke Raspberry Pi 3 yang selanjutnya diproses oleh aplikasi Node-RED sehingga menjadi dashboard monitoring.
Penelitian yang dilakukan Hasanuddin Muhammad pada tahun 2017 yang berjudul “Sistem Monitoring Infus Menggunakan Arduino Mega 2560”. Penulis membuat sebuah sistem monitoring dengan menggunakan 3 parameter, yaitu menggunakan sensor tetesan untuk memantau tersumbatnya infus, sensor darah untuk memantau naiknya darah ke selang infus pasien dan sensor cairan infus untuk memantau cairan infus. Peneliti menampilkan hasil pembacaan sensor ke aplikasi desktop yang dapat monitoring atau melihat kondisi infus pasien pada ruang perawat. Mikrokontroller yang digunakan peneliti adalah Arduino Mega dan software yang digunakan Microsoft Visual Studio untuk perangkat monitoring.
Penelitian yang dilakukan Akhmad Zainuri, Didik R Santoso dan M Aziz Muslim pada tahun 2012 yang berjudul “Monitoring Dan Identifikasi Ganguan Infus Menggunakan Mikrokontroler AVR”. Peneliti membuat suatu sistem untuk mendeteksi keadaan cairan infus secara real time untuk memonitor gangguan infus berupa penyumbatan dan laju aliran darah. Peneliti menggabungkan sensor strain gauge, RPS, mikrokontroller dan modul Rx-Tx. Pengiriman data kondisi infus menggunakan komunikasi wireless dengan baudrate serial sebesar 4800bps. Alat ini berfungsi monitoring keadaan infus yang disampaikan ke perawat.
Penelitian yang dilakukan Dika Febri A, Ir. Ratna Adil, M.T., Ir. Moch Rohcmad, M.T. dan Paulus Sustyo W., S.T. yang berjudul “Pengembangan Sistem
Monitoring Tetesan Infus Pada Ruang Perawatan Rumah Sakit”. Peneliti membuat sistem kontrol dan monitoring laju tetesan infus sesuai dengan setting batas atas dan setting batas bawah user. Alat ini mengirimkan data melalui komunikasi serial pada PC, yaitu jumlah tetesan infus per menit atau rate infus. Untuk kontrol tetesan infus yaitu umpan balik sistem dari setting input batas atas dan batas bawah yang dikontrol dengan motor yang mwnggunakan penjepit selang infus untuk menahan laju aliran. Sensor yang digunakan berupa LED (Light Emitting Diode) dan photodioda yang membaca kondisi infus dan mengirimkan data ke mikrokontroler ATMEGA16.
Penelitian yang dilakukan oleh Moh. Masruri pada tahun 2009 dengan judul
“Rancang Bangun Detektor Elektronik Dan Monitoring Pada Liquid Level Dan Liquid Flow Infus Secara Komputerisasi”. Untuk memonitor liquid level dan liquid flow infus menggunakan detektor elektronik dan komputer yang digunakan untuk menampikan informasi dari kondisi level dan aliran infus. Detektor yang digunakan terdiri dari pemancar dan penerima optik yang berfungsi sebagai pendeteksi level dan aliran infus. Sinyal dari detektor elektronik infus dikirimkan ke komputer menggunakan interface Labjack. Sistem ini memberikan informasi berupa indikator LED yang terdapat pada komputer. Saat cairan infus penuh kondisi LED menyala dan saat cairan infus habis kondisi LED mati.
Berdasarkan penelitian yang dijadikan acuan maka penelitian ini ditujukan untuk membuat sistem yang lebih baik dari penelitian sebelumnya yaitu membuat alat monitoring volume cairan infus yang dapat melakukan monitoring secara real time pada dashboard monitoring Node-RED dengan menggunakan ESP-32 sebagai mikrokontroler dan Raspberry Pi sebagai mini PC pada penelitian ini. Untuk dashboard monitoring menggunakan program visual editor bawaan pada Raspberry Pi yaitu Node-RED. Alat ini nantinya akan mempermudah pekerjaan perawat atau petugas medis dalam memonitor volume cairan infus pada ruang pasien, karena alat ini dapat monitoring keadaan infus dari segi volume secara real time dan dapat diakses melalui web browser dengan mengakses dashboard monitoring Node-RED dengan alamat server yang didapat dari Raspberry Pi. Alat ini juga terdapat alarm dalam bentuk buzzer sebagai penanda saat cairan infus mendekati habis.
14
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Sensor Berat (Load Cell Sensor)
Sensor load cell adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mendeteksi berat atau tekanan sebuah beban benda, sensor berat load cell digunakan pada sistem timbangan digital sebagai komponen utama dan juga digunakan sebagai alat untuk menimbang muatan truk bahan baku pada jembatan timbang, sensor load cell mengukur berat suatu benda menggunakan prinsip tekanan. Pada Gambar 2.1 di bawah ini merupakan bentuk fisik dari sensor load cell.
Gambar 2.1 Bentuk Fisik Load Cell (America Module H, 2010) Keterangan warna kabel pada sensor load cell:
Kabel merah: Input tegangan sensor.
Kabel hitam: Input ground sensor.
Kabel hijau: Output positif sensor.
Kabel putih: Output ground sensor.
Sensor load cell memiliki spesifikasi kerja sebagai berikut:
a. Kapasitas 5 Kg.
b. Input tegangan sensor yaitu 5-10 VDC atau 5-10 VAC.
c. Ukuran sensor kecil dan praktis.
d. Input atau output resistansi rendah 3.
e. Non lineritas 0.05%.
f. Range temperature kerja -10°C - +50°C.
2.2.1.1 Karakteristik Sensor Load Cell
Di bawah ini merupakan karakterisitik sensor load cell yang ditunjukkan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Karakteristik Sensor Load Cell Mekanikal
Bahan Dasar Alumunium Alloy
Load Cell Type Strain Gauge
Kapasitas 5 kg
Dimensi 55.25x12.7x12.7 mm
Lubang Pemasangan M5 (ukuran baut)
Panjang Kabel 550 mm
Ukuran Kabel 30 AWG (0.2mm)
No Urutan Kabel 4
Elektrikal
Presisi sensor 0.05%
Non-Linieritas sensor 0.05% FS
Rata-rata output sensor 1.0±0.15mv/V
Non-Pengulangan 0.05% FS
Hysteresis 0.05% FS
Efek Temperatur Pada Nol (per 10°C) 0.05% FS
Creep (per 30 menit) 0.1% FS
Efek Temperatur Pada Span (per 10°C) 0.05% FS
Keseimbangan Nol ±1.5% FS
Output Impedansi 1000±10 Ohm
Hambatan Isolasi (di bawah 50VDC) ≥5000 MOhm
Input Impedansi 1130±10 Ohm
Kebutuhan Voltase 5 VDC
Toleransi Jarak Temperatur -10 to ~ +40°C Pengoperasian Jarak Temperatur -20 to ~ +55°C
Safe Overload 120% Kapasitas
Ultimate Overload 150% Kapasitas
16
2.2.1.2 Prinsip Kerja Sensor Load Cell
Selama proses penimbangan beban terdapat elemen logam yang bekerja dan mengakibatkan reaksi gaya secara elastis terhadap elemen logam tpada sensor.
Selanjutnya gaya reaksi regangan ini akan dikonversikan menjadi sinyal elektrik oleh pengukur regangan atau strain gauge yang terdapat pada sensor load cell. Berikut merupakan prinsip kerja dari sensor load cell menurut rangkaian jembatan Wheatstone I dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.2 Rangkaian Jembatan Wheatstone (America Module H, 2010) Pada gambar 2.2 nilai R = 350 Ω, arus yang mengalir pada R1 dan R3 sama dengan arus yang mengalir di R2 dan R4, hal ini dikarenakan nilai semua resistor sama dan tidak ada perbedaan tegangan antara titik 1 dan 2, oleh karena itu rangkaian ini dikatakan seimbang. Apabila rangkaian ini diberikan beban, nilai R pada rangkaian jembatan Wheatstone akan berubah. Nilai R2 = R3 dan R1 = R4.
Hal ini membuat kondisi tidak setimbang pada sensor berat load cell dan mengakibatkan beda potensial. Output dari sensor load cell adalah beda potensial tersebut.
Prinsip kerja dari sensor load cell menurut rangkaian jembatan Wheatstone yaitu apabila sensor load cell diinput beban maka nilai resistansi akan berubah.
Nilai resistansi dari R2 dan R4 terjadi kenaikan, dan nilai resistansi dari R1 dan R3 mengalami penurunan. Sedangkan pada kondisi setimbang nilai Vout sensor adalah 0 volt, tapi pada kondisi resistansi R1 dan R3 mengalami kenaikan maka akan terjadi perubahan nilai Vout. R1 mempengaruhi kondisi input data (+) dan R3 mempengaruhi output (-).
2.2.2 Mikrokontroler ESP-32
Mikrokontroller ESP-32 diproduksi dari Espressif Systems, ESP-32 menggunakan seri chip (SoC) dengan menggunakan biaya dan berdaya rendah yang sudah include bluetooth dua mode dan modul Wi-Fi. Keluarga ESP-32 termasuk chip ESP32-S0WD, ESP32-D0WD, ESP32-D2WD, ESP32-D0WDQ6 yang menggunakan sistem (SiP) ESP32-PICO-D4. Mikrokontroller ESP-32 mempunyai mikroprosesor singlecore dan dualcore yaitu Tensilica Xtensa LX6 dengan clock rate hingga 240 MHz. Alat ini terintegrasi dengan power management modules, built in antenna switches, power amplifier, filters, low noise receive amplifier and RF balun.
Alat ini didesain untuk perangkat elektronik yang diaplikasikan untuk sistem IoT, ESP-32 mempunyai konsumsi daya yang rendah, karena terdapat komponen hemat daya. Terdapat multiple power modes, dynamic power scaling and fine resolution clock gating. Modul sebelumnya yaitu module ESP-8266 dan sekarang sudah diupgrade menjadi ESP-32. Pada ESP-32 terdapat inti CPU (Central Processing Unit) serta Wi-Fi yang lebih cepat, GPIO (General Purpose Input Output) yang lebih, dan mendukung Bluetooth Low Energy. Berikut merupakan bentuk fisik dari ESP-32 pada Gambar 2.3 di bawah ini.
Gambar 2.3 Mikrokontroler ESP-32 (edukasielektronika.com, 2019) Pada pin out mikrokontroler ESP-32 tersebut terdiri dari:
18 ADC (Analog Digital Converter), berfungsi untuk merubah sinyal analog ke digital).
18
2 DAC (Digital Analog Converter), kebalikan dari ADC.
16 Pulse Width Modulation (PWM).
10 Sensor sentuh.
2 jalur antarmuka Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART).
Pin antarmuka I2C, I2S, dan SPI.
Berikut ini adalah arsitektur dan block diagram dari mikrokontroler ESP-32 yang ditunjukan pada Gambar 2.4 di bawah ini.
Gambar 2.4 Blok Diagram ESP-32 (edukasielektronika.com, 2019) Fitur dan spesifikasi Mikrokontroler ESP-32 sebagai berikut:
1. Processors
Tensilica Xtensa 32-bit LX6 microprocessor.
2 or 1 (depending on variation).
Up to 240 MHz clock frequency.
Up to 600 DMIPS performance.
Ultra low power co-processor ADC.
Computation, and level thresholds while in deep sleep.
2. Wireless connectivity
Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i (802.11n @ 2.4 GHz up to 150 Mbit/s).
Bluetooth: v4.2 BR/EDR and Bluetooth Low Energy (BLE).
3. Memory
Internal memory:
ROM: 448 KiB.
SRAM: 520 KiB.
RTC fast SRAM: 8 KiB.
RTC slow SRAM: 8 KiB.
eFuse: 1 Kibit.
Embedded flash:
- 0 MiB (ESP32-D0WDQ6, ESP32-D0WD, and ESP32-S0WD chips).
- 2 MiB (ESP32-D2WD chip).
- 4 MiB (ESP32-PICO-D4 SiP module).
- ESP32 can access the external QSPI flash and SRAM through high-speed caches.
- Up to 16 MiB of external flash are memory-mapped onto the CPU code space, supporting 8-bit, 16-bit and 32-bit access.
- Up to 8 MiB of external flash memory are mapped into the CPU data space, supporting 8-bit, 16-bit and 32-bit access.
4. Peripheral input/output: Rich peripheral interface with DMA that includes capacitive.
Touch, ADCs (analog-to-digital converter), DACs (digital-to-analog converter), I²C.
(Inter-Integrated Circuit), UART (universal asynchronous receiver/transmitter).
Controller Area Network, Serial Peripheral Interface (SPI), I²S.
(Reduced Media-Independent Interface) / RMII.
Pulse Width Modulation (PWM).
20
5. Security
IEEE 802.11 standard security features all supported, including WFA.
WPA/WPA2 and WAPI.
Secure boot.
Flash encryption.
1024-bit OTP, up to 768-bit for customers.
Cryptographic hardware acceleration: AES, SHA-2, RSA, Elliptic Curve Cryptography (ECC), Random Number Generator (RNG).
Berikut ini adalah GPIO dari mikrokontroler ESP-32 yang ditunjukan pada Gambar 2.5 di bawah ini.
Gambar 2.5 GPIO Mikrokontroler ESP32 (edukasielektronika.com, 2019) 2.2.3 Raspberry Pi
Raspberry Pi adalah sebuah mini kit atau komputer papan tunggal (Single Board Circuit atau SBC) yang bisa dijadikan komputer mini seukuran kartu kredit dengan berat hanya 45 gram. Mini komputer Raspberry Pi ini menggunakan sistem berbasis Linux. Yang mengembangkan alat ini adalah lembaga Raspberry Pi
Foundation. Raspberry Pi bisa berfungsi sebagai mini PC untuk keperluan media player, spreadsheet, game bahkan bisa untuk memutar video high definition.
Raspberry Pi terdiri dari dua model yaitu A dan B. Perbedaan dari kedua modul tersebut adalah pada memori alat, model B menggunakan memori 512 MB sedangkan model A menggunakan memori 256 MB, tentunya model B telah diupgrade untuk keperluan penyimpanan yang lebih besar. Raspberry Pi model B terdapat penambahan dari model A yaitu semacam kartu jaringan atau ethernet port.
Terdapat juga penyimpanan data menggunakan kartu SD (SD memory card) semacam hard disk dan SSD (Solid State Drive) yang berfungsi untuk menyimpan jangka panjang dan booting.
Raspberry Pi tidak mempunyai hardware yang support real time clock, oleh karena itu OS Linux harus menambahkan semacam timer sebagai server pengganti dari real time clock. Raspberry Pi mudah dikembangkan karena dapat ditambah dengan fungsi real time clock seperti DS1307, melalu saluran GPIO (General Purpose Input Output) via antarmuka I2C (Inter Integrated Circuit).
Ada beberapa sistem operasi luar biasa yang bisa digunakan di Raspberry Pi, yaitu:
1. Raspbian berbasi Linux Debian 2. Arch Linux ARM
3. Raspbmc 4. Open LEC 5. Android
2.2.3.1 Kelebihan Raspberry Pi
Raspberry Pi mempunyai kelebihan yang sangat banyak seperti alat elektronik laptop dan komputer dengan menggunakan sistem operasi Linux. Alat ini dapat membuat program dan server dengan pemrograman banyak bahasa, contohnya bahasa tingkat tinggi Phyton. Alat ini dapat menjalankan GUI sebagai sistem operasi yang digunakan, sehingga dapat melakukan kegiatan browsing, nonton film, mendengarkan music, bermain game, membuat aplikasi dll.
Pengembangan aplikasi dari alat Raspberry Pi sangat banyak dilakukan pada zaman
22
sekarang yang merujuk pada industry 4.0 yang lebih menekankan pada pengembangan teknologi. Tentunya penggunaan Raspberry Pi hampir tidak ada batasan seperti halnya dengan PC atau perangkat elektronik lainnya, banyak pengembangan aplikasi yang bisa didapatkan dengan menggunakan Raspberry Pi.
Raspberry Pi juga bisa terkoneksi dengan internet sama halnya yang bisa dilakukan oleh perangkat computer. Pada dunia elektronika Raspberry Pi digunakan sebagai komponen utama dalam melakukan pemrograman yang menghasilkan suatu sistem atau alat yang menunjang IoT.
Fungsi komputer dan laptop seakan tergantikan oleh sistem dari Raspberry Pi. Pada dunia elektronika Raspberry Pi biasa disebut computer mini, karena ukurannya yang kecil hanya sebesar mouse komputer. Alat ini terdapat sistem operasi yang cukup lengkap diantaranya sistem operasi Android dan Linux. Saat menggunakan Raspberry Pi dapat membuat program yang dapat mengontrol sistem input dan output yang terdapat pada alat. Desain hardware telah terintegrasi yang bisa digunakan untuk peralatan ethernet, audio, video, processing, jumlah penyimpanan yang besar dan jumlah RAM yang tinggi.
Sistem operasi yang digunakan pada Raspberry Pi adalah open source, dimana sistem membebaskan pengguna untuk melihat, mengedit bahkan membuat program dalam sistem operasi tersebut. Pengaplikasian Raspberry Pi juga bisa dihubungkan pada layar monitor dengan kabel HDMI dengan tambahan port untuk mouse dan keyboard. Raspberry Pi berjalan di atas arsitektur ARM11 seperti yang dapat ditemui pada iphone 3G maupun smartphone.
Gambar 2.6 Lambang Raspberry Pi (Ika Kumala Dwi, 2016) 2.2.3.2 Kekurangan Raspberry Pi
Kekurangan dari Raspberry Pi adalah tidak bisa dihubungkan langsung dengan sensor yang bersifat analog karena hanya bisa membaca sensor digital.
Untuk menggunakan SD card dan sistem operasi Raspberry Pi harus menambahkan prosedur khusus saat akan mematikannya. Prosedur mematikan alat ini yaitu seperti komputer pada umumnya dengan tombol shutdown.
Sistem Raspberry Pi berjalan lebih lambat karena kernel Linux yang digunakan mempunyai fungsi prioritas, jadi sistem Linux menangani lebih banyak proses yang telah ditentuka, sehingga sistem jauh lebih lambat dari komputer pada umumnya.
2.2.3.3 Spesifikasi Raspberry Pi
Berikut merupakan spesifikasi dari Raspberry Pi:
1. Chip: Broadcom BCM2835 (COU, GPU, DSP, and SDRAM).
2. CPU: 700 MHz.
3. GPU: Open GL ES 2.0, Broadcom VideoCore IV, 1080p30 h.264/MPEG-4 AVC.
4. Memory (SDRAM): 512 MB (GPU).
5. USB 2.0 ports: 2 (USB hub).
6. Video outputs: Composite RCA HDMI (rev 1.3 &1.4), (PAL & NTSC), raw LCD Panels via DSI 14 HDMI resolutions *640x350 to 1920x1200 plus various PAL and NTSC standarts.
7. Audio outputs: 3.5 mm jack, HDMI.
8. Onboard storage: SD, MMC dan SDIO card slot.
9. Onboard network: 10/100 Ethernet (RJ45).
10. Low-level peripherals: 8 x GPIO, UART, I2C, SPI with two chip selects, =3.3 V, 5 V, GND [58] [63].
11. Power ratings: 700 mA (3.5 W).
12. Power source: 5 volts via Micro USB or GPIO header.
13. Size: 85.60 x 53.98 mm (3.370 x 2.125 in).
14. Weight: 45 gram (1.6 oz).
15. Operating systems L Debian GNU/Linux, Fedora, Arch Linux ARM, RISC OS.
24
Pada Gambar 2.6 di bawah ini merupakan bentuk fisik dari atas dan GPIO header dari Raspberry Pi.
Gambar 2.7 Raspberry Pi dan GPIO Header (Ika Kumala Dwi, 2017) 2.2.4 Modul HX711
Modul HX711 adalah modul amplifier yang diguanakan dalam timbangan dari sensor berat atau sensor load cell. Prinsip kerja dari modul ini adalah mengkonversi nilai yang terbaca atau terukur pada perubahan resistansi, selanjutnya mengkonversi ke dalam besaran tegangan. Kepresisian dari modul ini sebesar 24-bit analod to digital converter (ADC) yang digunakan dalam aplikasi kontrol industry dan timbangan digital yang terhubung dengan sensor berat dan jembatan wheatstone. Prinsip kerja dari modul HX711 adalah sebagai penguat tegangan pada sensor load cell pada saat sensor bekerja. Di bawah ini merupakan bentuk fisik dari modul HX711.
Gambar 2.8 Modul HX711 (Wahyudi, 2017)
2.2.5 Node-RED
Node-RED adalah sebuah software visual editor yang terdapat pada OS rasbian pada Raspberry Pi yang berbasis browser dan bersifat open source untuk membuat aplikasi Internet of Things (IoT) yang diproduksi oleh IBM (International Business Machines Corporation). Pada pemrograman visual Node-RED menggunakan flow untuk membuat aplikasi. Bahasa pemrograman yang digunakan sangat beragam dan luas yang meliputi berbagai jenis gaya dan paradigma pemrograman.
Node-RED menggunakan pemrograman visual, artinya tidak seperti kebanyakan software lainnya yang menggunakan barisan koding untuk pemrogamannya. Sedangkan Node-RED fokus pada program menggunakan flow yang berisi node yang terlihat sederhana untuk menjadi ikon yang diseret dan diletakkan pada kanvas atau lembar kerja dan disambungkan untuk menjadi sebuah sistem yang diharapkan. Setiap node menawarkan fungsi yang bisa menjangkau dari simple debug node yang dapat untuk melihat apa yang sedang terjadi pada flow yang dibuat. Pada Gambar 2.9 adalah contoh flow di dalam Node-RED.
Gambar 2.9 Contoh Flow Node-RED (Hendiyansyah, 2018)
26
Pada Gambar 2.9 terdapat flow dari node-node yang saling berhubungan dimana setiap node melakukan tugas tertentu. Node-RED terdapat macam-macam jenis node atau palette yang digunakan untuk membuat developer menjadi sangat efisien, seperti:
1. Dapat menampilkan input dan output node sehingga menjadi sebuah subskripsi untuk dapat menerima topik MQTT (MQ Telemetry Transport) dan output dari topik MQTT ke broker.
2. Dapat mengembangan semacam web browser lewat permintaan beserta pembuatan balasan HTTP dan user sebagai layanan datagram protocol TCP level rendah yang digunakan untuk bekerja menghasilkan ouput, menerima output dan membuat server.
Pembuatan node-node pada Node-RED dengan menekankan fungsi dalam JavaScript, dapat menghasilkan pesan pemicunya yang berbasis waktu, dan dapat menunda sebuah pesan untuk mengetahui batas flow (Sri Mulyono, 2018).
2.2.6 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu perangkat keras elektronik yang digunakan atau berfungsi untuk menampilkan angka, tulisan dan gambar sebuah sistem digital atau mikrokontroler. LCD merupakan jenis media penampil yang mengubah kristal cair untuk penampil utama. Komponen ini dapat memunculkan tulisan karena terdapat banyak pixel yang mempunyai sebuah titik cahaya dari satu buah kristal cair. Tapi kristal cair tersebut tidak bisa memancarkan cahaya sendiri, karena sumber dari cahaya tersebut adalah lampu neon yang tedapat dalam perangkat LCD.
Perangkat LCD sendiri terdiri dari dua bagian, yaitu kristal cair dan blacklight. Backlight merupakan sumber cahaya dari LCD yang di dalamnya terdiri beberapa buah lampu neon yang jumlahnya 1-4 lampu. Warna lampu backlight ini adalah putih. Kristal cair berfungsi menyaring cahaya backlight yang berwarna putih. Cahaya putih atau blacklight tersebut mengalami refleksi dan selanjutnya akan terlihat dengan beberapa ratus cahaya. Pada Gambar 2.10 merupakan tampilan dari kaki LCD.
Gambar 2.10 Pin LCD (Andriyanan, 2018)
Berdasarkan pada Gambar 2.10 fungsi pin LCD tersebut adalah sebagai berikut:
a. VCC (pin 1) merupakan sumber tegangan +5V.
b. GND 0V (pin 2) merupakan sambungan ground.
c. RS Register Select (pin 4) adalah register pilihan 1= register data, 0= register perintah.
d. VEE (pin 3) adalah input tegangan LCD.
e. R/W (pin 5) adalah read select, 1= read, 0= write.
f. D0 – D7 (pin 7–pin 14) adalah data bus 1–7 ke port.
g. Enable clock (pin 6) adalah input logika 1 ketika melakukan pembacaan dan pengiriman data.
h. Katoda (pin 16) adalah input tegangan (-) backlight.
i. Anoda (pin 15) merupakan input tegangan (+) backlight.
Pada LCD terdapat display karakter yang diatur menggunakan pin RS, RW dan EN. Jalur EN adalah enable berfungsi untuk mengetahui LCCD mempunyai sebuah data yang sedang dikirim.Data dikirim ke LCD berupa ASCII yang selanjutnya ditampilkan pada layar LCD, maka dari itu program EN dikirim logika 0 “low” dan mengatur dua jalur control pada RS dan RW. Dua jalur LCD saat sudah siap maka atur EN menggunakan logika high “1” dan kemudian menunggu pada setting berikutnya. Berikut tampilan bagian depan LCD.
Gambar 2.11 Tampilan Depan LCD (Andriyanan, 2018)
28
Fungsi dari memori LCD tersebut adalah sebagai pengendali untuk menampilkan karakter dan terdiri dari sebagai berikut:
- Display Data Random Access Memory (DDRAM) adalah memori sebagai tempat atau posisi untuk karakter yang disuguhkan. Contoh, untuk karekter ‘L’ atau 4CH yang ditulis dngan alamat 00, karakter yang akan tampil pada baris satu dan kolom 1 pada LCD. Ketika karakter pada program ditulis dengan alamat 40, maka karakter yang akan tampil pada LCD adalah baris 2 kolom 1 di LCD.
- Character Generator Random Access Memory (CGRAM) adalah memori yang berfungsi mengubah-ubah bentuk karakter sesuai keinginan. Apabila tidak ada power supply maka karakter yang tersimpan pada CGRAM akan hilang karena memori ini tidak permanen
- Character Generator Read Only Memory (CGROM) adalah suatu memori yang dapat menyimpan beberapa karakter permanen pada LCD, jadi bentuk karakter tidak dapat di ubah oleh pengguna. Tapi karena memori ini bersifat permanen, ketika alat dimatikan atau tidak terdapat catu daya karakter tidak akan hilang.
2.2.7 Buzzer
Buzzer merupakan komponen dengan cara kerja merubah dari sinyal listrik ke getaran suara. Alat ini biasa digunakan pada sistem alarm dengan indikasi suara sebagai pertanda. Buzzer tergolong alat elektronika tranduser. Komponen ini mempunyai 2 kaki yaitu kaki panjang merupakan positif dan kaki pendek merupakan negatif. Pada saat aliran listrik atau tegangan listrik mengalir pada rangkaian komponen buzzer yang menggunakan piezoelektrik, piezo buzzer dapat bekerja dengan baik dalam menghasilkan frekuensi pada kisaran 1-6 kHz hingga 100 kHz. Komponen ini juga menggunakan tegangan input antara 3-12V. Berikut tampilan hardware yang digunakan.
Gambar 2.12 Buzzer (Ajifahreza, 2017)
2.2.8 Internet of Things (IoT)
Internet of Things (IoT) adalah bentuk aktifitas yang saling berinteraksi antara pelaku atau pengguna dengan memafaatkan jaringan internet. Dalam berbagai aktivitas, banyak ditemui penggunaan IoT, contoh pada dunia e- commerce, transportasi online, streaming, pemesanan tiket online, e-learning, dll.
Sampai pada alat-alat yang digunakan manusia dalam membantu kegiatam seperti GPS tracking, remote suhu sensor dan lain-lain. Kebanyakan menggunakan jaringan internet sebagai media dalam melakukannya.
Banyak manfaat dari IoT, yaitu membuat segala sesuatu pekerjaan manusia menjadi lebih mudah dan cepat. IoT sangat berfungsi sebagai penunjang aktivitas dengan menggunakan suatu sistem internet sebagai sistem penunjang kegiatan.
2.2.8.1 Fitur Utama IoT
Berikut merupakan fitu yang sangat penting pada sistem IoT yang terdiri dari kecerdasan buatan, sensor, keterlibatan aktif, penggunaan perangkat kecil dan konektivitas. Di bawah ini penjelasan dari beberapa fitur berikut:
1. AI: IoT prinsip kejanya membuat apapun “smart”, artinya meningkatkan beberapa aspek dengan algoritma kecerdasan, jaringan dan pengumpulan data secara buatan.
2. Konektivitas: Konektivitas melibatkan teknologi yang berguna untuk jaringan khusus IoT yang bersifat baru, jaringan yang dibuat bersifat tidak terikat dengan sistem utama. Skala yang dibuat jauh lebih kecil dari jaringan sebelumnya, harganya lebih murah dan tetap praktis.
3. Sensor: Sensor merupakan komponen utama dalam sistem IoT untuk bertindak sebagai pembaca parameter yang diukur dan mengubah jaringan pasif standar menjadi perangkat yang aktif dan bisa terintegrasi ke internet.IoT
4. Active Engagement: Sebagian besar interaksinya dengan teknologi terhubung terjadi melalui keterlibatan pasif. IoT memerkenalkan paradigma baru untuk konten aktif, produk atau keterlibatan layanan.
5. Perangka kecil (small device): Perangkat ini berbentuk lebih kecil dari perangkat lainnya, lebih kuat dan lebih murah harganya. Perangkat kecil ini dimanfaatkan
30
untuk stabilitas, ketepatan dan fleksibilitas. Perangkat kecil ini dibuat khusus untuk perangkat IoT.
2.2.8.2 Manfaat dan Kelebihan IoT
Kelebihan dari rentang IoT disetiap gaya hidup dan bisnis. Berikut merupakkan daftar dari keuntungan yang ditawarkan IoT:
1. Optimalisasi teknologi: Optimalisasi teknologi tentunya bertujuan memberikan manfaat kepada pengguna untuk penggunaan perangkat. Membantu memperbaiki teknologi menjadi lebih berkembang dari sebelumnya. Teknologi IoT membuat lapangan kritis dan membuka data fungsional.
2. Peningkatan keterlibatan pelanggan: Pada dunia modern sangat dibutuhkan keterlibatan yang lebih optimal dan lebih efektif dari sebelumnya. Analisis yang sekarang dilakukan masih belum jelas arahnya dan belum mencapai target yang diharuskan.
3. EDC (Enhanced Data Collection): EDC merupakkan kumpulan data yang mempunyai keterbatasan dan berfungsi untuk user yang bersifat pasif. EDC menempatkan pengguna untuk benar-benar berkeinginan menganalisis pada dunia nyata. Hal semacam ini tentunya untuk kedepannya ang mempunya gambaran secara akurat tentang berbagai hal.
4. Mengurangi limbah: Manfaat dari IoT salah satunya mengurangi limbah dari segi penggunaannya karena membuat kejelasan dari area perbaikan. IoT memberikan kejelasan tentang pengolahan sumber daya.
2.2.8.3 Kekurangan IoT
Sistem IoT juga terdapat beberapa kekurangan yang diakibatkan oleh sistem yang digunakan meskipun banyak menghadirkan manfaat bagi penggunanya.
Berikut dijelaskan beberapa kekurangan IoT di bwah ini:
1. Privasi: IoT tentunya snagat rentan terhadap pembajakan maupun hacker karena data pengguna secara luas terhubung dengan internet.
2. Kepatuhan: Teknologi IoT seperti teknologi yang merujuk pada teknologi pada bidang bisnis dan harus patuh keaturan yang ada. Sangat banyak pengguna
mempertimbangkan dari kepatuhan yang dibuat pada perangkat lunak. Karena merupakan hal yang sangat penting untuk sistem kerja alat.
3. Keamanan: IoT memberikan sistem keamanan yang menciptakan pengguna merasa aman dalam penggunaanya yang dapat berkomunikasi lewat jaringan internet tanpa ada mengurangi resiko yang diberikan. Sistem IoT menawarkan kontrol bagi pengguna yang terpapar oleh penyerang.
4. Fleksibilitas: Fleksibilitas sistem IoT sangat berpengrauh dengan kerja alat karena mudah berintegrasi dengan alat lain. Sistem sangat khawatir dengan sistem yang lain yang terkunci atau bertentangan dari sistem yang ada.
5. Kompleksitas: Sistem IoT sangat rumit untuk dipecahkan karena dalam desain, pemeliharaan dan penyebaran yang melibatkan pengguna mengarah ke perkembangan teknologi yang ada saat ini.
2.2.9 Infus
Infus merupakan botol yang berisi larutan dengan ukuran beragam mulai dari 100 ml sampai 2000 ml tergantung dari kebutuhan cairan obat yang masuk ke tubuh pasien. Cairan infus masuk ke intravena darah seseorang dengan bantuan semacam selang yang ujungnya terdapat jarum suntik. Elektrolit tubuh dan dan asupan air dapat didapatkan dari minuman dan makanan yang dimakan seseorang.
Untuk pemberian cairan infus dilakuka secara injeksi volume dengan jumlah yang kecil dan harus bersifat steril karena cairan yang dimasukkan ke dalam pembuluh darah vena bersifat isotonis ke darah. Biasanya cairan infus dikemas atau terbungkus oleh botol plastic atau kaca dengan ukuran 100 ml-2000 ml. Pada tubuh seseorang terdapat kandungan air sebesar 60% yang terdiri dari cairan intraseluler.
$0% merupakan kandungan ion-ion Mg+, K+, fosfat, sulfat, senyawa organik asam fosfat (heksosa, monosfat dan ATP) dan protein. Pada air terdapat kandungan cairan ekstraseluler yang terdapat pada luar sel dan mengandung beberapa ion yaitu klorida, Na+ dan bikarbonat. Cairan itu terbagi menjadi cairan intersesier yang berada diantara kapiler dan plasma darah.
Pada satu wadah atau botol infus dibuat menggunakan dosis tunggal yang harus steril, bebas partikel-partikel lain dan bebas prirogen. Karena infus
