i
PERANCANGAN PERANGKAT ELECTROTHERAPY
BERBASIS ARDUINO MEGA 2560 DENGAN TAMPILAN
ITDB 2,4E 8 BIT TOUCH SCREEN GRAPHIC LCD
TUGAS AKHIR
Disusun untuk melengkapi Tugas Akhir dan syarat-syarat untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
MUHAMMAD AMIRUDDIEN D 400 080 043
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
iv
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan kenikmatan yang tidak ternilai jumlahnya. Nikmat yang paling besar ialah nikmat iman dan islam karena dengan itu manusia dapat diantarkan pada kebahagiaan dunia dan akherat. Sholawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW yang kita nantikan syafaatnya kelak.
Hanya karena Allah SWT, akhirnya penulis dapat melewati berbagai kendala dan tantangan dalam menyelesaikan dan menyusun laporan tugas akhir ini. Tugas akhir ini disusun dan diajukan guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan program studi S-1 jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Terselesaikannya Tugas Akhir dengan judul “PERANCANGAN PERANGKAT ELECTROTHERAPY BERBASIS ARDUINO MEGA 2560
DENGAN TAMPILAN ITDB 2,4E 8 BIT TOUCH SCREEN GRAPHIC LCD”
ini tidak lepas dari bantuan, bimbingan, dukungan dan saran dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. Bambang Setiaji, selaku Rektor UMS.
2. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Umar, ST., MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta.
v
4. Bapak Ir. Abdul Basith, MT, selaku Pembimbing I dalam tugas akhir ini. 5. Ibu Umi Fadlilah, ST, M. Eng, selaku Pembimbing II dalam tugas akhir ini. 6. Bapak/Ibu Dosen selaku Dewan Penguji dalam Tugas Akhir ini.
7. Bapak/Ibu Dosen yang telah membimbing dan memberikan ilmunya selama ini kepada kami.
8. Seluruh Staf Tata Usaha, Akademik maupun Non Akademik, yang telah banyak membantu dan memberikan kemudahan kepada penulis selama menempuh studi di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
9. Teman-teman di KMTE, KMTE Robot Reseacrh, Ikatan Mahasiswa Muhammadiyah (IMM), teman-teman elektro,kakak angkatan 2004 sampai adik angkatan 2010 yang telah berbagi dalam suka duka bersama selama ini.
Akhir kata, penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan dan mohon maaf atas segala kesalahan.
Surakarta, Juni 2014
vi MOTTO
Kita selalu bertanya dan Al Qur'an sudah menjawabnya. 1. Kita bertanya : Mengapa aku diuji?
Quran menjawab:
"Apakah manusia itu mengira bahwa mereka dibiarkan saja
mengatakan,"Kami telah beriman", sedangkan mereka tidak diuji?
Dan sesungguhnya Kami telah menguji orang-orang yang sebelum mereka, maka sesungguhnya Allah mengetahui orang-orang yg benar dan sesungguhnya Dia mengetahui orang-orang yang dusta."
[Surah Al-Ankabut ayat 2-3]
2. Kita bertanya : Mengapa ujian seberat ini ? Quran menjawab:
"Allah tidak membebani seseorang itu melainkan sesuai dengan
kesanggupannya," [Surah Al-Baqarah ayat 286]
3. Kita bertanya : Mengapa aku tidak dapat apa yang aku idam-idamkan? Quran menjawab:
"Boleh jadi kamu membenci sesuatu padahal ia amat baik bagimu, dan boleh jadi pula kamu menyukai sesuatu, padahal ia amat buruk bagimu, Allah
vii
4. Kita bertanya : Mengapa aku merasa frustrasi? Quran menjawab:
"Janganlah kamu bersikap lemah. dan janganlah pula kamu bersedih hati, padahal kamulah orang-orang yang paling tinggi derajatnya, jika kamu
orang-orang yang beriman." [Surah Al-Imran ayat 139]
5. Kita bertanya : Bagaimana aku harus menghadapinya? Quran menjawab:
"Dan mintalah pertolongan (kepada Allah) dengan jalan sabar dan mengerjakan sholat; dan sesungguhnya shalat itu amatlah berat kecuali
kepada orang-orang yang khusyu" [Surah Al-Baqarah ayat 45]
6. Kita bertanya : Apa yang aku dapat daripada semua ini? Quran menjawab:
"Sesungguhnya Allah telah membeli dari orang-orang mu'min, diri, harta
mereka dengan memberikan syurga untuk mereka.[Surah At-Taubat ayat 111]
7. Kita bertanya : Kepada siapa aku berharap? Quran menjawab:
'Cukuplah Allah bagiku,tidak ada Tuhan selain dariNya. Hanya kepadaNya
viii 8. Kita berkata : Aku tak tahan !
Quran menjawab:
"...dan janganlah kamu berputus asa dari rahmat Allah. Sesungguhnya tiada berputus asa dari rahmat Allah melainkan kaum yang kafir."
[Surah Yusuf ayat 12]
9. Kita bertanya: Mengapa hati ini tidak tenang ? Quran menjawab:
(yaitu) orang-orang yang beriman dan hati mereka manjadi tenteram dengan mengingat Allah. Ingatlah, hanya dengan mengingati Allah-lah hati menjadi
tenteram. [Ar Ra'd ayat 28]
“Jadikanlah sabar dan shalat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya yang demikian itu sungguh berat kecuali bagi orang-orang yang khusyu’, (yaitu) orang-orang yang meyakini bahwa mereka akan menemui Tuhannya dan
ix
PERSEMBAHAN
Karya kecil ini aku persembahkan untuk yang tercinta dan terkasih : 1. Allah SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya yang tanpa batas sehingga
penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.
2. Nabi Muhammad SAW yang telah membawa umat islam dari zaman kebodohan menuju zaman yang penuh dengan ilmu pengetahuan dan teknologi.
3. Ayah dan ibu tercinta. Kasih sayang, pengorbanan, dorongan dan doa yang penuh dengan keikhlasan hati. Bekerja keras demi membesarkan dan mendidik tanpa pamrih, yang hanya berharap anaknya menjadi lebih baik dari mereka.
4. Kakakku tersayang yang senantiasa memberikan motivasi dan doanya.
5. Keponakanku yang cantik jelita yang telah memberiku semangat dengan tawa riangnya.
6. Teman-teman KMTE, KMTE Robot Research, Ikatan Mahasiswa Muhammadiyah, dan semua yang tidak bisa aku sebutkan satu per satu.
xi DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv MOTTO ... vi PERSEMBAHAN ... ix DAFTAR KONTRIBUSI... x DAFTAR ISI ... xi DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR GAMBAR ... xvi
ABSTRAKSI ... xxii BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Rumusan Masalah ... 3 1.3. Batasan Masalah ... 4 1.4. Tujuan Penelitian ... 4 1.5. Manfaat Penelitian ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1. Telaah Penelitian ... 6
2.2. Landasan Teori ... 8
xii
1. Parameter Penggunaan Alat Electrotherapy ... 9
2. Jenis AplikasiElectrotherapy ... 14
2.2.2. Komponen pada Perangkat Electrotherapy ... 19
1. Arduino Mega 2560 ... 19
2. Touchscreen Module ITDB24E 8 bit ... 21
3. Transformator ... 21
4. Regulator tegangan ... 24
5. Real Time Clock (RTC) IC DS1307 ... 24
6. Sensor suhu LM35 ... 26
7. Mikrokontroller AVR ATMega8 ... 28
8. IC Operational Amplifier LM741 ... 31
9. Relay ... 34
10. Power Amplifier ... 38
BAB III METODE PENELITIAN... 40
3.1. Waktu dan Tempat penelitian ... 40
3.2. Peralatan utama dan pendukung ... 41
3.2.1. Peralatan Utama Elektronika ... 41
3.2.2. Peralatan Pendukung ... 41
3.3. Alur Penelitian ... 42
3.4. Perancangan ... 43
3.4.1. Perancangan Sistem Elektronika ... 47
1. Perancangan Power Supply ... 47
xiii
3. Driver Alarm ... 53
4. Driver Kipas ... 54
5. Driver Touchscreen Module ITDB24E 8 bit ... 55
3.4.2. Perancangan Mekanik ... 56
3.4.3. Perancangan Algoritma dan Pemograman... 58
1. Algoritma pemograman Real Time Clock (RTC) IC DS1307 ... 58
2. Algoritma pemograman sensor suhu LM35 dan driver kipas ... 60
3. Algoritma pemograman Touchscreen ... 61
4. Algoritma pemograman sinyal TENS ... 62
5. Algoritma pemograman pengolahan sinyal DAC .... 63
6. Algoritma Program Utama ... 64
BAB IV HASIL DAN ANALISA... 66
4.1. Hasil Penelitian ... 66
4.2. Uji coba dan Analisa ... 71
4.2.1. Rangkaian Power Supply ... 71
4.2.2. Arduino Board (Arduino Mega 2560) ... 73
4.2.3. Touchscreen Module ( ITDB24E tipe 8 bit) ... 82
4.2.4. Rangkaian Real Time Clock (RTC) IC DS1307 ... 89
4.2.5. Driver Alarm (Buzzer) ... 95
xiv
4.2.7. Minimum Sistem ATMega8 dan
RangkaianDAC (Digital Analog Converter) ... 100
4.2.8. Rangkaian offset dan penguat buffer OP AMP ... 105
4.2.9. Rangkaian Amplifier ... 110
4.2.10. Rangkaian Pengganda tegangan ... 112
4.2.11. Rangkaian Driver sinyal TENS ... 114
4.2.12. Rangkaian Driver Relay ... 115
4.3. Perbandingan dengan Perangkat Electrotherapy lain ... 118
4.4. Pengujian terhadap pasien dan Quisioner... 120
BAB V PENUTUP... 124
5.1. Kesimpulan ... 124
5.2. Saran ... 125
DAFTAR PUSTAKA ... 126
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Alokasi waktu ... 40
Tabel 4.1. Hasil Pengukuran tegangan catu daya... 73
Tabel 4.2. Tabel hasil pengujian rangkaian pengganda tegangan ... 113
Tabel 4.3. Cara kerja rangkaian relay untuk mengontrol polaritas ... 117
Tabel 4.4. Perbandingan TENS dengan Perangkat Electrotherapy ... 119
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Waveform Electrotherapy ... 10
Gambar 2.2. Modulasi arus Electrotherapy ... 11
Gambar 2.3. Perangkat TENS ... 15
Gambar 2.4. Perangkat PNT ... 15
Gambar 2.5. Kawat IDET ... 16
Gambar 2.6. Arduino Mega 2560 ... 20
Gambar 2.7. ITDB24E 8 bit ... 21
Gambar 2.8. Bentuk Transformator ... 22
Gambar 2.9. Konsep Transformator ... 22
Gambar 2.10. Rangkaian regulator positif 78xx ... 24
Gambar 2.11. Diagram pin RTC DS1307 ... 25
Gambar 2.12. Konfigurasi Pin LM35 ... 26
Gambar 2.13. Rangkaian sensor LM35 ... 27
Gambar 2.14. Konfigurasi pin ATMega8 ... 28
Gambar 2.15. Konfigurasi pin LM741 ... 31
Gambar 2.16. Fungsi-fungsi Op-Amp ... 33
Gambar 2.17. Relay ... 35
Gambar 2.18. Kontruksi Normally Close Relay ... 36
Gambar 2.19. Kontruksi Normally Open Relay ... 36
Gambar 2.20. Power Amplifier OCL ... 39
xvii
Gambar 3.2. Diagram sistem keseluruhan ... 44
Gambar 3.3. Rancangan Power supply ... 47
Gambar 3.4. Rangkaian pengganda tegangan ... 48
Gambar 3.5. Minimum sistem ATMega8 ... 49
Gambar 3.6. Rangkaian DAC R2R ... 50
Gambar 3.7. Rangkaian offset dan buffer Op-Amp ... 51
Gambar 3.8. Rangkaian switching Transistor (Driver TENS) ... 51
Gambar 3.9. Rangkaian driver Relay ... 52
Gambar 3.10. Rangkaian Power Amplifier ... 53
Gambar 3.11. Rangkaian driver alarm (buzzer) ... 53
Gambar 3.12. Rangkaian driver kipas ... 54
Gambar 3.13. Rangkaian driver touchscreen... 55
Gambar 3.14. Tampilan depan mekanik perangkat ... 56
Gambar 3.15. Penataan komponen di bagian belakang ... 56
Gambar 3.16. Lantai 1 penataan komponen di dalam box ... 57
Gambar 3.17. Lantai 2 penataan komponen di dalam box ... 57
Gambar 3.18. Flowchart tulis data RTC IC DS1307 ... 58
Gambar 3.19. Flowchart baca data RTC IC DS1307 ... 59
Gambar 3.20. Flowchart sistem pembacaan sensor suhu LM35 dan pengoperasian driver kipas ... 60
Gambar 3.21. Flowchart pemograman touchscreen ... 61
Gambar 3.22. Flowchart program sinyal TENS ... 62
xviii
Gambar 3.24. Flowchart program utama ... 64
Gambar 4.1. Proses kerja perangkat... 66
Gambar 4.2. Kondisi perangkat menyala ... 67
Gambar 4.3. Tampilan data waktu, suhu, kondisi alarm dan kondisi kipas 67 Gambar 4.4. Menu atur waktu ... 68
Gambar 4.5. Menu atur alarm ... 68
Gambar 4.6. Tampilan atur terapi jenis sinyal TENS ... 68
Gambar 4.7. Tampilan atur sinyal Konvensional ... 69
Gambar 4.8. Tampilan atur terapi jenis sinyal lainnya ... 69
Gambar 4.9. Tampilan atur sinyal Galvanic ... 69
Gambar 4.10. Tampilan atur lama terapi ... 70
Gambar 4.11. Tampilan ketika terapi aktif ... 70
Gambar 4.12. Penampakan luar perangkat ... 70
Gambar 4.13. Penampakan dalam perangkat ... 70
Gambar 4.14. Rangkaian catu daya ... 72
Gambar 4.15. Pemasangan Arduino Board pada Laptop ... 74
Gambar 4.16. Pemberitahuan Instalasi berhasil ... 74
Gambar 4.17. Penampakan driver manager ... 75
Gambar 4.18. Tampilan software Arduino IDE ... 76
Gambar 4.19. Contoh program Arduino IDE ... 77
Gambar 4.20. Cara compile pada Arduino IDE ... 79
Gambar 4.21. Tampilan compile berhasil ... 79
xix
Gambar 4.23. Upload sukses ... 80
Gambar 4.24. Error pada saat Upload ... 81
Gambar 4.25. LED digital pin 13 berkedip-kedip` ... 82
Gambar 4.26. Rangkaian driver touchscreen... 83
Gambar 4.27. Letak folder arduino libraries ... 84
Gambar 4.28. Import library secara otomatis ... 84
Gambar 4.29. Cara membuka program kalibrasi ... 85
Gambar 4.30. Tampilan awal kalibrasi ... 87
Gambar 4.31. Tampilan proses kalibrasi ... 87
Gambar 4.32. Tampilan hasil kalibrasi ... 87
Gambar 4.33. Buka program pengujian touchscreen ... 88
Gambar 4.34. Tampilan program pengujian touchscreen ... 88
Gambar 4.35. Tampilan setelah pengujian... 88
Gambar 4.36. Cara pemasangan RTC pada Arduino Mega 2560 ... 90
Gambar 4.37. Letak serial monitor pada Arduino IDE ... 91
Gambar 4.38. Tampilan serial monitor ... 92
Gambar 4.39. Komunikasi serial antar komputer dan arduino ... 93
Gambar 4.40. Proses pengaturan data waktu RTC ... 94
Gambar 4.41. Tampilan pembacaan data waktu RTC pada touchscreen ... 95
Gambar 4.42. Rangkaian driver alarm (Buzzer) ... 95
Gambar 4.43. Program pembacaan sensor LM35 ... 97
Gambar 4.44. Tampilan hasil pembacaan sensor suhu pada serial monitor . 98 Gambar 4.45. Tampilan nilai suhu pada touchscreen ... 99
xx
Gambar 4.46. Program logika driver kipas ... 99
Gambar 4.47. Kondisi ketika kipas menyala ... 100
Gambar 4.48. Kondisi ketika kipas mati ... 100
Gambar 4.49. Rangkaian minimum sistem ATMega8 dan DAC ... 101
Gambar 4.50. Program Array untuk sinyal sinus ... 102
Gambar 4.51. Program pemanggil array ... 102
Gambar 4.52. Hasil pengukuran output ATMega8 dan rangkaian DAC ... 103
Gambar 4.53. Sinyal segitiga ... 104
Gambar 4.54. Sinyal gergaji ... 104
Gambar 4.55. Sinyal Symmetris ... 104
Gambar 4.56. Sinyal Asymmetris ... 104
Gambar 4.57. Rangkaian offset dan penguat Op-Amp ... 105
Gambar 4.58. Gambar rangkaian Op-Amp... 106
Gambar 4.59. Sinyal hasil konversi DAC ... 106
Gambar 4.60. Hasil output rangkaian offset buffer ... 107
Gambar 4.61. Bentuk sinyal pengujian pertama ... 108
Gambar 4.62. Bentuk sinyal pada pengujian kedua ... 108
Gambar 4.63. Bentuk sinyal output dengan penguatan minimal ... 109
Gambar 4.64. Bentuk sinyal output dengan penguatan maksimal ... 109
Gambar 4.65. Sinyal sinus setelah penguatan amplifier ... 110
Gambar 4.66. Sinyal segitiga setelah penguatan amplifier ... 111
Gambar 4.67. Sinyal gergaji setelah penguatan amplifier ... 111
xxi
Gambar 4.69. Bentuk sinyal symmetris setelah penguatan amplifier ... 111
Gambar 4.70. Gambar sinyal asymmetris sebelum penguatan amplifier ... 112
Gambar 4.71. Gambar sinyal asymmetris sesudah penguatan amplifier ... 112
Gambar 4.72. Rangkaian pengganda tegangan ... 112
Gambar 4.73. Rangkaian driver TENS... 114
Gambar 4.74. Sinyal Konvensional ... 114
Gambar 4.75 Sinyal Burst duty ... 114
Gambar 4.76. Sinyal Intense ... 115
Gambar 4.77. Sinyal MRW ... 115
Gambar 4.78. Rangkaian driver Relay ... 116
Gambar 4.79. Sinyal TENS berkutub positif ... 116
Gambar 4.80. Sinyal TENS berkutub negatif ... 116
Gambar 4.81. Rangkaian relay untuk mengontrol polaritas ... 117
Gambar 4.82. Sinyal Interferensial ... 120
Gambar 4.83. Sinyal Asymmetris ... 120
Gambar 4.84. Sinyal Burst ... 120
Gambar 4.85. Sinyal Symmetris ... 120
Gambar 4.86. Sinyal DC Square ... 121
Gambar 4.87. Sinyal Galvanic termodulasi gergaji ... 121
Gambar 4.88. Sinyal Galvanic termodulasi Asymmetris ... 121
Gambar 4.89. Sinyal Intense ... 121
Gambar 4.90. Sinyal Gergaji... 121
xxii ABSTRAKSI
Terapi listrik (Electrotherapy) merupakan terapi yang memanfaatkan energi kejut listrik untuk pengobatan alternatif terhapat berbagai penyakit seperti modulasi nyeri pada kebutuhan fisioterapis. Terapi listrik merupakan terapi yang paling lama digunakan manusia dan hingga saat ini masih sangat dibutuhkan terutama dalam bidang fisioterapis. Di Indonesia sendiri, terdapat fenomena masyarakat yang melakukan aktifitas berbaring di atas rel kereta listrik agar tubuhnya mendapat sensasi kejut listrik dari rel tersebut. Mereka percaya setelah melakukan hal tersebut, badan mereka menjadi lebih bugar dan sehat. Tentu aktifitas tersebut sangatlah berbahaya. Di daerah Kota Solo sendiri terdapat pusat pengobatan terapi listrik, namun dalam prakteknya masih menggunakan peralatan yang sederhana dan keamanannya patut dipertanyakan.
Pada penelitian ini, penulis berusaha merancang dan membuat perangkat yang dapat menghasilkan sinyal-sinyal yang digunakan pada terapi listrik. Penulis menggunakan Arduino Mega 2560 sebagai otak dari perangkat ini. Penulis memanfaatkan mikrokkontroller ATMega8 dan rangkaian DAC (Digital Analog Converter) untuk menghasilkan jenis/bentuk sinyal seperti : Symmetris, Asymmetris, diadinamis, triangle dan sawtooth. Untuk menghasilkan sinyal Galvanic, penulis menggunakan rangkaian pengganda tegangan. Untuk menghasilkan jenis/bentuk sinyal TENS (Transcutaneous electrical nerve stimulation) yang terdiri dari sinyal Konvensional, Burst, Intense dan MRW (Modulate Rate and Width), penulis menggunakan rangkaian switching transistor. Untuk segi tampilan, penulis menggunakan ITDB24E 8 bit Touchscreen Graphic LCD agar mengurangi penggunaan tombol dan membuat tampilan lebih menarik dan modern.
Penelitian ini kemudian membuahkan hasil yaitu perangkat terapi listrik (electroherapy)berbasis Arduino Mega 2560 dengan tampilan ITDB 2,4E 8 bit Touchscreen Graphic LCD yang dapat menghasilkan sinyal TENS yaitu jenis konvensional, burst, intense dan MRW, sinyal Galvanic, diadinamis, asymmetris, symmetris, segitiga dan gergaji. Amplitudo maksimal sinyal yang dihasilkan adalah 60 volt, khusus sinyal Galvanic mempunyai amplitudo 100 volt. Pada perangkat juga terdapat pengaturan lamanya terapi, fasilitas penampil data waktu dan alarm yang semua untuk memudahkan penggunaan perangkat.
Kata kunci : Electrotherapy, Arduino Mega 2560, ATMega8, Touchscreen,
TENS, konvensional, burst, intense, MRW, diadinamis,
asymmetris, symmetris, galvanic, triangle, sawtooth, DAC, Switching transistor.
