PENENTUAN JENIS GOLONGAN DARAH MANUSIA
BERBASIS MIKROKONTROLER AT-Mega 8535
Oleh:
STURMIUS THEOFANUS LERING
NIM : 065114026
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
FINAL PROJECT PROPOSAL
DETERMINATION OF HUMAN BLOOD GROUP BASED
ON MICROCONTROLLER AT-Mega 8535
STURMIUS THEOFANUS LERING NIM : 065114026
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
viii
INTISARI
Pemeriksaan darah mutlak dilakukan karena darah berperan penting dalam tubuh manusia. Jika dari hasil pemeriksaan diketahui adanya penurunan jumlah hemoglobin dari yang semestinya, maka transfusi darah perlu dilakukan. Transfusi hanya bisa dilakukan bila golongan darah antara penerima dan pendonor sejenis. Golongan darah manusia dibagi empat yaitu A, B, O, dan AB.
Perancangan alat pendekteksi golongan darah manusia menggunakan metode ABO. Darah diteteskan pada kaca preparat lalu dicampur dengan cairan anti reagen, kemudian sensor yang terdiri dari LED infra merah sebagai pemancar cahaya dan fototransistor sebagai penerima cahaya akan membaca tingkat penggumpalan (aglutinasi) darah sehingga menghasilkan tegangan DC. Tegangan dari sensor akan dikuatkan oleh Op-Amp lalu dikirimkan ke mikrokontroler AT-Mega8535 untuk diproses sehingga dapat ditamplkan pada penampil LCD 16x2.
Alat yang dibuat sudah berhasil membaca sampel darah yang diujikan dan dapat ditampilkan dengan baik dan benar pada penampil LCD 16x2.
ix
Blood tests to be conducted because of the blood plays an important role in the human body. If the examination results are known a decrease in the amount of hemoglobin than necessary, then the blood transfusion needs to be done. Transfusion can only be done if the blood groups between donor and recipient alike. Divided by four human blood groups A, B, O, and AB.
Design tool detections human blood group ABO method. Blood dripped on glass preparations are then mixed with a liquid anti reagent, then the sensor consists of an infra red LED as a light emitter and a phototransistor as the light receiver will read the level of clumping (agglutination) of blood to produce a DC voltage. Voltage of the sensor will be strengthened by the Op-Amp and then sent to the microcontroller AT-Mega8535 to be processed so that it can displayed on 16x2 LCD viewer.
Tool created have managed to read blood samples were tested, and can be displayed properly on 16x2 LCD viewer.
x
KATA PENGHANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus dan Mama Bunda Maria
atas segala kasih, anugerah, dan berkat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
penulisan tugas akhir ini dengan baik.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini, penulis mendapatkan
banyak bantuan dan dorongan dari beberapa pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan kali
ini dengan segala kerendahan hati dan penuh hormat, penulis ingin mengucapkan terima
kasih sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T.,M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Ibu Ir. Th. Prima Ari Setiyani, M.T. dan Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T.,M.T.
selaku dosen pembimbing akademik angkatan 2006 yang telah memberikan
kesempatan dan semangat untuk selalu rajin kuliah dan menyelesaikan tugas akhir.
4. Bapak Martanto, S.T.,M.T. selaku pembimbing atas segala pemikiran, waktu dan
tenaganya dalam membimbing dan mengarahkan penulis dari awal hingga akhir
penulisan tugas akhir.
5. Bapak Damar Wijaya, S.T.,M.T. dan Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T.,M.T.
selaku penguji dalam membimbing dan mengarahkan penulis untuk menyelesaikan
penulisan karya tugas akhir.
6. Seluruh dosen di Fakultas Teknik Elektro yang tidak dapat disebutkan satu persatu,
yang telah mendidik dan membimbing penulis dalam memperdalam dunia Teknik
Elektronika.
7. Seluruh Staf & Laboran Jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma : Mas
Mardi, Mas Suryono, Mas Hardi, Mas Broto yang sudah memberikan bantuan
selama proses pembuatan karya tugas akhir.
8. Seluruh Staf Sekretariat Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma :
Mbak Rina, Mas Tri, Mbak Tukija, dan karyawan/i sekretariat lainnya yang tidak
dapat penulis sebutkan satu-persatu , terima kasih untuk pemberian pelayanan
xi
10.Untuk kedua orang tua penulis ( Bapa dan Mama Tercinta) yang telah memberikan
doa, dorongan moril maupun material, terima kasih untuk kasih dan kesabaran yang
tak pernah putus sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
11.Untuk Saudara dan Saudariku tercinta : “My Brotha” Pater Edi Lering, SVD. ,
“My Sista” Kakak Venta, Kakak Yosi, dan Kakak Helmi terima kasih doanya dan dukungan baik moril maupun materi yang diberikan serta “serangkaian nasihat”
yang “tak pernah habis” tapi “membangun”.
12.Untuk Om dan Tanta di Kampung Aibura, Kampung Hagarahu, Kampung Keut,
Kampung Belat, Kampung Riit, Kampung Nita, Kampung Kei, dan Kampung
Nangarasong : Bapa Kecil dan Mama Kecil Aibura, Om dan Tanta Guru Keut,
Bapa Fano dan Mama Fano Hagarahu, Tanta Siti Aibura, Mama Tin dan Bapa Tin
Kei, Bapa Kecil dan Mama Kecil Kei, Dede Hero dan Mama Nedis Nangarasong,
Doi Nela dan Doi Nona Nita Kloang Terima Kasih untuk dukungan dan Doa
semuanya.
13.Untuk “Someone One Special In My Life” , terimakasih untuk Doa serta dukungan
yang tak pernah henti serta menjadi tempat berbagi cerita baik saat di Jogja maupun
diluar Jogja.
14.Untuk Keluarga Besar Teknik Sanata Dharama Pecinta Alam (Teksapala) : Bang
Cegopara, Wereng, Cecak, Walang, Rambo, Daki, Babon, Pacet, Odong, Malaria,
Bagor, Semar, Bayam dan Terong untuk dukungan persaudaraan dan semangat
berpetualang bersama untuk alam.
“Gak ada loe Gak rame BRO …. !! “
15.Untuk Purnapala Teksapala : Bang Gondes, Kang Gadul, Bang jinggo, Bang
Jembat, Bang Krowot, Mas U’uk, Bang Luncang, Mas Cagak, Mas Krupuk, Kak
Selet, Mas Lunyem, Mas Jangis, Mas Sapi, Mbak Jungkel, Mbak Kencot, Mbak
piret dan Mbak Buncis terima kasih untuk dukungan dan semangatnya abang-abang
dan mbak-mbak semua.
16.Untuk teman-teman Kost Damai : “My Best Friend” Si Gendut Florry Saputra, Si
Pemabuk Hari Kuntoro, Si Seniman “Bravo” Jelarut, Si Galau “Nyawa” Wibison,
xii
Boy” Umbu Indra dan masih banyak teman-teman lainnya yang tidak bisa
disebutkan satu persatu, terima kasih untuk dukungan dan teman untuk mengisi dan
mengobati “Kegalauan” selama di Jogja.
17.Untuk Komunitas Sekretariat Bersama MAPALA Yogyakarta, Komunitas SAN’T
EGIDIO Yogyakarta, Komunitas IKAMASI Yogyakarta, Komunitas GLADIAN
MAPALA Indonesia, Komunitas GUNUNG HUTAN, Komunitas
FLOBAMORATA Kampus III Paingan, terima kasih untuk dukungan dan
pengalaman yang telah diberikan. “Good Luck Guys ..!!!”
Penulis Menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan dari penulisan
tugas akhir ini. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat
penulis harapkan.
Akhir kata penulis berharap agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun
pembaca semuanya.
Yogyakarta, 30 Mei 2013
xiii
HALAMAN JUDUL ………. i
HALAMAN PERSETUJUAN ………. iii
HALAMAN PENGESAHAN ……… .. iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ……… v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ……… vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ………. vii
INTISARI ……… viii
ABSTRACT ……… ix
KATA PENGHANTAR ……… x
DAFTAR ISI ……….. xiii
DAFTAR GAMBAR ……… xvi
DAFTAR TABEL ………. xviii
BAB I PENDAHULUAN ………. 1
1.1 Latar Belakang ………. 1
1.2 Tujuan dan Manfaat ………. 2
1.3 Batasan Masalah ……….. 2
1.4 Metodologi Penelitian ………. 3
BAB II DASAR TEORI ……… 5
2.1 Golongan Darah Manusia ……… 5
2.2 Mikrokontroler AVR ATmega8535 ……… 7
2.2.2 Arstitektur ATMega8535 ……… 7
2.2.3 Fitur ATMega8535 ……… 8
2.2.4 Konfigur Pin ATMega8535 ……… 8
2.2.5 Peta Memori ……… 9
2.2.6 Status Register (SREG) ……… 10
2.2.7 Timer / Counter……… 11
2.2.8 ADC ……… 12
xiv
2.3 Penguat Operasional ……… 15
2.3.1 Penguat Pembalik ……… 16
2.3.2 Penguat Non-Pembalik ……… 17
2.4 Infra Merah ………. 19
2.5 Fototransistor ……… 20
2.6 LCD ………. 22
BAB III PERANCANGAN PENELITIAN ……… 25
3.1 Perancangan Sistem ………. 25
3.2 Perancangan Mekanik ………. 26
3.3 Perencanaan Perangkat Keras ………. 29
3.3.1 Rangkaian Sensor ……… 29
3.3.2 Rangkaian Konfigurasi Penguat Tegangan ………. 32
3.3.3 Rangkaian Konfigurasi LCD 16x2 ……….……. 33
3.3.4 Rangkaian Mikrokontroler ……….………. 34
3.3.4.1 Rangkaian Osilator ……….……… 34
3.3.4.2 Rangkaian Reset ……… 34
3.4 Perancangan Perangkat Lunak ……… 37
3.4.1 Perangkat Lunak Scan Sampel Darah ……… 38
3.4.1 Perangkat Lunak Pengolahan Data ADC pada ATMega8535 ……… 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ………... 40
4.1 Pengujian Rangkaian Sensor ……… 41
4.2 Pengujian Rangkaian LCD 16x2 ……… 46
4.3 Pengujian Rangkaian Pengendali/Pengontrol ………. 47
4.4 Pengujian Sistem Secara Keseluruhan ……… 50
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ……… 61
5.1 Kesimpulan ……….. 61
5.2 Saran ……… 61
DAFTAR PUSTAKA ……… 62
xvi
Gambar 1.1 Diagram Blok Penentuan Jenis Golongan Darah ……….. 4
Gambar 2.1 Reaksi Aglutinasi Dan Non-aglutinasi Pada Golongan Darah …….. 6
Gambar 2.2 Pendonor Dan Penerima Transfusi Darah ……… 6
Gambar 2.3 Konfigurasi Pin ATmega8535 ……….. 9
Gambar 2.4 RegisterADMUX ……….. 13
Gambar 2.5 Format Data ADC dengan ADLAR=0 ……….. 14
Gambar 2.6 Format Data ADC dengan ADLAR=1 ……….. 14
Gambar 2.7 Simbol Skematik Penguat Operasional ………. 15
Gambar 2.8 Penguat Rangkaian Pembalik ……… 16
Gambar 2.9 Penguat Rangkaian Non-pembalik ……… 18
Gambar 2.10 Simbol Led Infra Merah ……… 20
Gambar 2.11 Simbol Fototransistor ………. 21
Gambar 2.12 Bentuk Fisik LCD Karakter 16x2 ……….. 22
Gambar 2.13 Baris dan kolom Karakter pada LCD 16x2 ……… 22
Gambar 2.14 Konfigurasi Kaki LCD 16x2 ………. 23
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Penentuan Jenis Golongan Darah Manusia … 25 Gambar 3.2 Desain Mekanik Tampak Atas ……….. 26
Gambar 3.3 Desain Mekanik Tampak Samping ……… 27
Gambar 3.4 Jarak Sensor Dengan Kaca Prefarat ……….. 27
Gambar 3.5 Jarak Antara Sensor ………..…. 28
Gambar 3.6 Jarak Badan Alat Secara Keseluruhan ……….. 28
Gambar 3.7 Rangkaian Sensor Darah ……… 30
Gambar 3.8 Rangkaian Op-amp Penguat Sensor ………...… 32
Gambar 3.9 Rangkaian LCD 16x2 ……… 33
Gambar 3.10 Pengaturan Port LCD Pada Code Vision AVR ………. 33
Gambar 3.11 Rangkaian Osilator ATmega 8535 ……… 34
Gambar 3.12 Rangkaian Reset ATmega 8535 ………. 35
Gambar 3.13 Sistem Minimun ATmega 8535 ……… 36
Gambar 3.14 Diagram Alir Utama ……….. 37
xvii
Gambar 3.16 Diagram Alir Mengolah Data ADC pada ATMEga 8535 …………. 39
Gambar 4.1 Tahap Pengujian Sampel Golongan Darah Manusia... 40
Gambar 4.2 Penempatan Letak Tombol Start/stop, Saklar On/off Dan LCD 16x2 Pada Perangkat Keras ... 41 Gambar 4.3 Keterangan Letak Sensor Dan Kaca Preparat Pada Perangkat Keras 42 Gambar 4.4 Sensor Tidak Terhalang ... 44
Gambar 4.5 Sensor dibuat terhalang ………... 45
Gambar 4.6 Semua Sensor Terhalang ………... 45
Gambar 4.7 Pengukuran Nilai ADC Dan Tegangan Sensor Saat Tidak Terhalang ………... 45
Gambar 4.8 Pengukuran Nilai ADC dan Tegangan Keluaran Sensor Saat Terhalang ………... 45-46 Gambar 4.9 Tampilan Awal Pada Penampil LCD 16x2 ... 47
Gambar 4.10 Hasil Pengujian Tombol Start pada LCD 16x2 ... 48
Gambar 4.11 Hasil Pengujian Tombol Stop pada LCD 16x2 ... 48
Gambar 4.12 Tampilan Pada Penampil LCD 16x2 Saat Siap Membaca Data Dari Sensor ……… 50 Gambar 4.13 Titik Darah Dan Titik Anti Reagen Pada Kaca Preparat …………... 51
Gambar 4.14 Proses Aglutinasi Pada Sampel Darah ………... 51
Gambar 4.15 Sampel Darah “Cornelius Florry Saputra” ... 54
Gambar 4.16 Sampel Darah “Aris Nugroho”……….. ... 55
Gambar 4.17 Penampil LCD Saat Tidak Terdapat Kaca Preparat ... 57
Gambar 4.18 Hasil Pengujian 4 Sampel Darah Manusia Pada Penampil LCD 16x2 ... 57 Gambar 4.19 Pembuktian Kebenaran Data Sensor B ………. 58
xviii
Tabel 2.1 Susunan Darah ………... 5
Tabel 2.2 Reaksi aglutinasidan non-aglutinasi pada golongan darah ……… 6
Tabel 2.3 Pemilihan Mode Tegangan Referensi ADC ……….. 13
Tabel 2.4 Tabel Pemilihan Bit Saluran Pembacaan ADC ………. 14-15 Tabel 2.5 Konfigurasi kaki LCD 16x2 ………..… 22-24 Tabel 3.1 Tabel perincian jarak mekanik ……….….. 29
Tabel 3.1 Konfigurasi Keluaran sensor ke Mikrokontroler ATmega 8535 …….….. 30
Tabel 3.2 Penggunaan Port pada Mikrokontroler ……….….… 35-36 Tabel 4.1 Pengukuran Nilai Tegangan Keluaran Sensor ……….….. 42-43 Tabel 4.2 Nilai Tegangan Rata-Rata Setiap Sensor ... 44
Tabel 4.3 List Kode Program Konfigurasi dan Perintah LCD 16x2 ... 47
Tabel 4.4 Port Mikrokontroler AT-Mega8535 ... 48
Tabel 4.5 List Kode Program Tombol Start dan Tombol Stop ... 49
Tabel 4.6 Nilai Tegangan Referensi Setiap Sensor ... 52
Tabel 4.7 Batas Nilai Tegangan Referensi Proses Aglutinsi ... 53
Tabel 4.8 Data Tegangan DC Keluaran Sensor Ke Mikrokontroler ... 54
Tabel 4.9 Pengubahan Nilai Tegangan Referensi Ke Nilai ADC ………….………. 55
Tabel 4.10 List Program Untuk Sensor A ……… 56
Tabel 4.11 Hasil Nilai Tegangan Dan Nilai ADC ………... 58
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Perkembangan teknologi dari tahun ke tahun maju semakin pesat, kemajuan tersebut
mencakup berbagai bidang kehidupan. Bidang kesehatan merupakan salah satu bagian
yang tidak luput dari dukungan teknologi. Kesehatan merupakan aspek penting dalam
kehidupan manusia, oleh karena itu kesehatan harus dipantau melalui pemeriksaan secara
berkala di laboratorium. Pada umumnya, pemeriksaan darah mutlak dilakukan karena
darah berperan penting dalam tubuh manusia. Jika dari hasil pemeriksaan diketahui adanya
penurunan jumlah hemoglobin dari yang semestinya, maka transfusi darah perlu dilakukan.
Transfusi hanya bisa dilakukan bila golongan darah antara penerima dan pendonor sejenis.
Dalam dunia kedokteran, golongan darah manusia dibagi empat yaitu A, B, O, dan AB
[12].
Selama ini untuk pengujian golongan darah sering digunakan metode ABO yang
prosesnya dilakukan secara manual. Menurut sistem penggolongan darah ABO, darah
dibagi 4 golongan, yakni golongan A, B, O, dan AB. Penentuan golongan darah manusia
menggunakan cairan reagen yang disebut antisera yaitu antisera A dan antisera B yang
akan dicampurkan pada sampel darah manusia [12]. Hal ini tentunya akan menjadi lebih
rumit dan membutuhkan perhatian yang lebih apabila sampel darah yang hendak diuji
jumlahnya cukup banyak. Oleh karena itu, otomasi alat diperlukan untuk memudahkan
proses pendekteksian golongan darah sehingga lebih mudah, cepat dan tepat dalam
penentuan sampel darah manusia. Penelitian sebelumnya telah dilakukan oleh Haryono
Budi Susilo “Penentuan Golongan Darah Manusia Dengan Sistem Elektronik” dengan menggunakan Op-Amp sebagi penguat sekaligus pembanding tegangan dan ditampilkan
pada 7-segmen , serta penelitian yang dilakukan oleh Edmon Syah Putra yaitu “penentuan
jenis golongan darah manusia berbasis mikrokontroler AT89S51”.
Berdasarkan hal tersebut, perancang membuat alat pendeteksi golongan darah manusia
yang berbasis pada mikrokontroler AT-Mega 8535 dengan menggunakan metode ABO.
dalam bidang kesehatan yang dapat dilakukan yaitu “PENENTUAN JENIS
GOLONGAN DARAH MANUSIA BERBASIS AT-Mega 8535”. Kelebihan penelitian
ini dibandingkan dengan penelitian sebelumnya adalah dapat menentukan jenis golongan
darah 4 orang secara bersamaan sehingga penelitian ini lebih efekif dan efisien.
1.2.
Tujuan dan Manfaat
Tujuan :
Merancang dan membuat alat pendekteksi golongan darah manusia secara otomatis
berbasis pada mikrokontoler AT-Mega 8535.
Manfaat :
a. Sebagai alat bantu dalam bidang kesehatan untuk mempermudah proses penentuan
jenis golongan darah manusia.
b. Mempermudah proses penentuan jenis golongan darah manusia yang efektif dalam
jumlah banyak.
c. Dapat menghemat tenaga yang dibutuhkan dalam menentukan jenis golongan darah
manusia.
1.3.
Batasan Masalah
Dalam penelitian ini diberikan batasan-batasan masalah agar dapat terarah dan lebih
sistematis. Berikut daftar spesifikasi batasan masalah :
a. Pengujian alat dilakukan terkait dengan darah manusia.
b. Penentuan jenis golongan darah manusia dengan menggunakan sistem A,B,O.
c. Jumlah maksimal darah manusia yang diujikan adalah 4 sampel darah.
d. Menggunakan 8 buah kaca preparat masing-masing berukuran 2.5 cm x 8 cm
e. Dalam 2 buah kaca preparat, terdapat 1 sampel darah manusia yang akan di ujikan.
f. Di setiap sampel darah terdapat 2 titik yaitu titik A dan titik B.
g. Jarak antara titik pada kaca preparat adalah 3.5 cm.
h. Setiap titik sampel darah, terdapat 1 tetes darah manusia dan 2 tetes anti reagen.
i. Menggunakan LED infra merah dan fototransistor sebagai sensor pendekteksi
berjumlah 8 buah.
j. Setiap kaca preparat ditempatkan satu buah sensor.
k. Menggunakan Op-Amp sebagai penguat tegangan dari sensor menuju
mikrokontroler AT-Mega 8535.
l. Menggunakan AT-Mega 8535 sebagai pembanding dan penentuan hasil sampel
golongan darah manusia.
m.Rangkaian penampil digital hasil golongan darah manusia berupa LCD 16x2.
1.4.
Metodologi Penelitian
Untuk merancang dan membuat suatu perangkat keras dengan hasil yang cukup teliti
dan akurat dalam menentukan jenis golongan darah manusia, maka perancang
menggunakan metode seperti berikut ini :
a. Studi pustaka mengenai konsep dasar penggolongan darah manusia menggunakan
sistem A,B,O.
b. Mencari data lengkap tentang perangkat keras yang akan dibuat berupa AT-Mega
8535, LED infra merah dan fototransistor, Op-Amp, LCD, dan beberapa perangkat
keras lainnya.
c. Merancang simulasi perencanaan alat sehingga mendapatkan perangkat keras yang
sesuai dengan keinginan menggunakan software Microcap, Eagle dan Google
sketch.
d. Pembuatan alat perangkat keras yang meliputi kaca preparat, sistim minimum
AT-Mega 8535, LED infra merah, fototransistor, penguat operasional (Op-Amp),
penampil LCD, dan perancangan PCB menggunakan software EAGLE.
e. Melakukan pengujian dan pengambilan data dengan meneteskan contoh darah
manusia pada kaca preparat sebanyak 1 tetes, lalu mencampurkan Reagen A dan
diproses oleh mikrokontoler AT-Mega 8535 dan dapat ditampilkan hasil pada
penampil LCD 16x2. Untuk lebih jelasnya diagram blok penetuan jenis golongan
darah dapat dilihat Gambar 1.1.
f. Melakukan analisa dan kesimpulan data dengan melihat hasil pada penampil LCD
yang sama dan akurat dengan contoh sampel darah yang diujikan. Kesimpulan
dapat dilihat pada proses kerja perangkat keras yang mampu membaca data dari
sensor dan dapat diproses oleh AT-Mega 8535 sehingga menghasilkan data pada
penampil LCD.
Gambar 1.1. Diagram Blok Penentuan Jenis Golongan Darah
Kaca preparat (2.5cm x 8cm)
(4 buah)
Sensor (8 buah)
Op-Amp (8 buah)
AT-Mega 8535 (1 buah)
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Golongan Darah Manusia
Darah merupakan cairan yang bersirkulasi dalam tubuh manusia dan vertebrata yang
berfungsi untuk mengirimkan zat-zat dan oksigen yang dibutuhkan oleh jaringan tubuh,
serta mengangkut bahan-bahan kimia hasil metabolisme, selain itu darah juga berfungsi
untuk pertahanan tubuh terhadap virus atau bakteri. Volume darah secara keseluruhan
kira-kira merupakan satu perdua belas berat badan atau kira-kira-kira-kira 5 liter dengan perincian 1 liter
darah di paru-paru, 3 liter dalam vena-vena sistim peredaran darah, sisanya 1 liter ada
dalam jantung dan arteri, arteriola serta kapiler sistematik[11]. Komposisi susunan darah
dapat dilihat pada Tabel 2.1[12].
Tabel 2.1. Susunan Darah [12]
Air 91.0 %
Protein 8.0 % Albumim, globulin, protromblin, dan fibrinogen
Mineral 0.9 % Natrium klorida, natrium bikarbonat, garam kalsium, fosfor, besi, dan seterusnya
Bahan organik 0.1 % Glukosa, lemak, urea, asam urat, kreatinin, kolestrol, dan asam amino
Jika darah dari golongan yang bertentangan ditransfusikan akan mengakibatkan bahan
dalam plasma yang bernama aglutinin menggumpal dan juga terjadi hemolisis
(memecahnya) sel darah merah[12]. Sampai tahun 1900, transfusi darah pada manusia
sering menyebabkan kematian. Kemudian Landsteiner mengajukan konsep mengenai
golongan darah, yang kini merupakan dasar pemberian transfusi darah.
Sistem golongan darah yang utama berdasar pada ada tidaknya mukopolisakarida yang
disebut aglutinogen, yang terdapat di permukaan sel darah merah manusia. Aglutinogen itu
dinamakan A dan B. Seseorang yang mempunyai aglutinogen A pada sel darah merahnya,
digolongkan dalam golongan darah A. Mereka yang mempunyai aglutinogen B, termasuk
golongan darah B. Mereka yang mempunyai aglutinogen A dan B termasuk golongan
sampel darah. Dalam proses pengujian sampel darah menggunakan metode ABO, sampel
darah akan diteteskan suatu reagen, kemudian pada sampel darah akan terjadi proses
aglutinasi atau penggumpalan darah. Hasil reaksi aglutinasi / non-aglutinasi pengujian
golongan darah dapat di lihat pada Tabel 2.2 dan pada Gambar 2.1 [11].
Tabel 2.2. Reaksi aglutinasi dan non-aglutinasi pada golongan darah [11] Anti A Anti B Golongan
+ - A
- + B
+ + AB
- - O
+ = Aglutinasi - = non-aglutinasi
Gambar 2.1. Reaksi aglutinasi dan non-aglutinasi pada Golongan Darah [15]
Agar tidak terjadi aglutinasi, maka pada transfusi, penderita harus diberi darah yang sama
golongannya. Maka transfusi darah dapat dilakukan seperti terlihat dalam Gambar 2.2.
A
O AB
B
Jadi, bila tidak tersedia darah dengan golongan yang sesuai, darah golongan O dapat
diberikan kepada ketiga golongan yang lain. Golongan darah O disebut darah donor
universal. Golongan darah A dan B dapat diberikan kepada AB, tetapi tidak kepada O.
Darah AB hanya dapat ditransfusikan kepada resipen (penerima) AB. Penderita dengan
golongan darah AB dapat menerima darah dari golongan manapun sehingga darah AB
disebut resipen universal [11].
2.2 Mikrokontroler AVR AT-Mega8535
Mikrokontroler adalah sebuah sistem microprosesor yang di dalamnya sudah terdapat
CPU, ROM, RAM, I/O, Clock dan peralatan internal lainnya yang sudah terhubung dan
teralamati dengan baik. AT-Mega8535 adalah 8-bit mikrokontroler yang termasuk dalam
keluarga AVR (Alf and Vegard’s RiscProcecor) yang menggunakan arstitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer), diproduksi oleh ATMEL [2]. Hampir semua Intsruksi
dieksekusi dalam satu siklus clock dan mempunyai 32 register general-purpose,
timer/counter fleksibel dengan mode compare, interupsi internal dan eksternal, serial
UART, Programmable Watchdog Timer, dan Power saving mode. AVR juga mempunyai
ADC, PWM internal dan In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan
memori program untuk diprogram ulang.
2.2.1 Arsitektur AT-Mega8535
Mikrokontroler AT-Mega8535 memiliki arsitektur sebagai berikut [1]:
a. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.
b. ADC 10-bit sebanyak 8 saluran.
c. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembanding.
d. CPU yang terdiri dari atas 32 buah register.
e. Watchdog Timer denga osilator internal.
f. SRAM sebesar 512 byte.
g. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
h. Kecepatan maksimal 16 MHz.
i. Tegangan operasi 4,5VDC s/d 5,5VDC.
j. Memori Flash sebesar 8kb dengan kemampuan Read While Write.
2.2.2 Fitur AT-Mega8535
Kapabilitas detail dari ATmega8535 adalah sebagai berikut [3] :
a. Sistem mikroprosesor 8-bit berbasis RISC (Reduced Intruction Set Computer) dengan
kecepatan 16 Mhz.
b. Kapabilatas memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM (Electrically
Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte.
c. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
d. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.
e. Enam pilihan modesleep menghemat penggunaan daya listrik.
2.2.3 Konfigurasi Pin AT-Mega8535
Konfigurasi pin AT-Mega8535 bisa dilihat pada Gambar 2.3. Dari gambar tersebut
dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin AT-Mega8535 sebagai berikut [3]:
a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.
b. GND merupkan pin ground.
c. Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.
d. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
Timer/Counter, komparator analog, dan SPI.
e. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI,
komparator analog, dan Timer Oscilator.
f. Prot D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial.
g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk mengembalikan proses kerja
mikrokontroler diulang dari awal.
h. XTAL1 dan XTAL2 dan merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
i. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
Gambar 2.3. Konfigurasi Pin ATmega8535 [3]
2.2.4 Peta Memori
AVR AT-Mega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program
yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 buah bagian, yaitu 32 buah register umum,
64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM Internal. Register keperluan umum menempati
space data pada alamat terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus
untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat
berikutnya, yaitu mulai dari $20 hingga $5F. Register tersebut merupakan register yang
khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler,
seperti kontrol register, timer/counter, fungsi-fungsi I/O, dan sebagainya. Alamat memori
berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F.
Memori SRAM adalah memori yang digunakan untuk menyimpan data sementara (memori
kerja). Semua memori “biasa” akan ditempatkan dalam SRAM .
Memori program yang terletak dalam flash PEROM tersusun dalam word atau 2 byte
karena setiap instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32-bit. AVR AT-Mega8535 memiliki
4Kbyte x 16-bitflash PEROM dengan alamat mulai dari $000 sampai $FFF. AVR tersebut
memiliki 12-bitProgram Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi flash.
Memori flash adalah salah satu jenis ROM yang cara penulisan dan penghapusannya
secara elektrik. Memori ini digunakan untuk menempatakan kode-kode program yang akan
angka-untuk menyimpan data pada saat chip running dan tidak dapat terhapus meskipun catu
daya mati (non volatile) [3].
2.2.5 Status Register (SREG)
Status Register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yang
dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU
mikrokontroler.
a. Bit 7-I: Global Interrupt Enable
Set bit dilakukan untuk mengaktifkan interupsi. Setelah itu, mengaktifkan pilihan
interupsi yang akan gunakan dengan cara bit kontrol registernya dibuat enable secara
individu. Apabila terjadi suatu interupsi yang dipicu oleh hardware, maka bit harus
dibuat clear dan bit tidak akan mengizinkan terjadinya interupsi, serta instruksi RETI
akan melakukan set bit.
b. Bit 6-T: Bit Copy Storage
Instruksi BLD dan BST menggunakan bit-T sebagai sumber atau tujuan dalam operasi
bit. Suatu bit dalam sebuah register GPR dapat disalin ke bit-T menggunakan instruksi
BST, dan sebaliknya bit-T dapat disalin kembali ke suatu bit dalam register GPR
menggunakan instruksi BLD.
c. Bit 5-H: Half Carry Flag
d. Bit 4-S: Sign Bit
Bit-S merupakan hasil operasi EOR antara flag-N (Negatif) dan flag V (Komplemen
dua overflow).
e. Bit 3-V: Two’s Complement Overflow Flag
Bit ini berguna untuk mendukung operasi aritmatika.
f. Bit 2-N: Negative Flag
Setbit pada flag-N dilakukan, apabila operasi menghasilkan bilangan negatif.
g. Bit I-Z: Zero Flag
h. Bit 0-C: Carry Flag
Set bit pada carry flag dilakukan, apabila suatu operasi menghasilkan carry.
2.2.6
Timer / counter
AVR AT-Mega8535 memiliki tiga buah timer/counter, yaitu 2 buah timer/counter 0 (8
bit) dan 1 buah timer/counter 1(16-bit). Ketiga modul ini dapat diatur dalam mode yang
berbeda-beda secara individu dan saling mempengaruhi satu sama lain. Selain itu semua
timer/counter juga dapat difungsikan sebagai interupsi.
Timer / counter 0 adalah 8 bit timer/counter yang multifungsi. Deskripsi untuk
timer/counter 0 pada ATMega8535 adalah sebagai berikut [3]:
a. Sebagai counter 1 kanal.
b. Timer dinolkan saat match compare (auto reload).
c. Dapat menghasilkan gelombang PWM dengan glich-free.
d. Frekuensi Generator.
e. Prescaler 10-bit untuk timer.
f. Intrupsi timer yang disebabkan timer overflow dan match compare.
Timer/counter 1 adalah 16 bittimer/counter yang memungkinkan program pewaktuan
lebih akurat. Berbagai fitur dari timer/counter1 adalah [3]:
a. Desain 16-bit (juga memungkinkan 16-bit PWM).
b. Dua buah compare unit.
c. Dua buah register pembanding.
d. Satu buah unit capture unit.
e. Timer dinolkan saat match compare (auto reload).
f. Dapat menghasilkan gelombang PWM dengan glich-free.
g. Periode PWM yang dapat diubah-ubah.
h. Pembangkit frekuensi.
(Analog To Digital Converter) internal dengan fidelitas 10 bit. Dalam mode operasinya,
ADC AT-Mega8535 dapat dikonfigurasi, baik sebagai single ended input maupun
differential input. Selain itu, ADC AT-Mega8535 memiliki konfigurasi pewaktuan,
tegangan referensi, mode operasi, dan kemampuan filter derau yang amat fleksibel
sehingga dapat dengan mudah disesuaikan dengan kebutuhan dari ADC itu sendiri [3].
Rangkaian internal ADC ini memiliki catu daya tersendiri yaitu pin AVCC. Tegangan
AVCC harus sama dengan VCC .
Data hasil konversi ADC untuk resolusi 10-bit dirumuskan sebagai berikut [2]:
(2.1)
Data hasil konversi ADC untuk resolusi 8-bit dirumuskan sebagai berikut [2]:
(2.2)
dengan Vin adalah tegangan masukan pada pin yang dipilih sedangkan Vref adalah
tegangan referensi yang dipilih.
Fitur dari ADC AT-Mega8535 adalah sebagai berikut [2]:
a. Resolusi mencapai 10-bit.
b. Terdapat 0.5 LSB Integral Non-linearity.
c. Akurasi mencapai ± 2 LSB.
d. Waktu konversi 13 – 60 µs.
e. Mempunyai 8 saluran ADC yang dapat digunakan secara bergantian.
f. Optional Left Adjustment untuk pembacaan hasil ADC.
g. Mempunyai 0 – VCC Range input ADC.
h. Disediakan 2.56V tegangan referensial internal ADC.
i. Mode konversi kontinyu (free running) atau mode konversi tunggal (single
conversion).
j. Interupsi ADC complete.
2.2.8 Inisialisasi ADC
Proses inisialisasi ADC meliputi proses penentuan clock, tegangan referensi, format
output data, dan mode pembacaaan. Register yang perlu diatur nilai bit adalah ADMUX
(ADC Multiplexer Selection Register), ADCSRA (ADC Control and Status Register A),
dan SFIOR (Special Function IO Register). ADMUX merupakan register 8-bit yang
berfungsi menentukan tegangan referensi ADC, format data output, dan saluran ADC yang
digunakan [3]. Konfigurasi register ADMUX ditunjukkan seperti pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Register ADMUX [2]
Bit –bit penyusunnya dapat dijelaskan sebgai berikut :
a. REFS [1..0] merupakan bit pengatur tegangan referensi ADC AT-Mega8535.
Memiliki nilai awal 00 sehingga referensi tegangan berasal dari pin AREF. Detail
nilai dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3. Pemilihan Mode Tegangan Referensi ADC [3]
REFS [0 1] Mode tegangan Referensi
00 Berasal dari pin AREF 01 Berasal dari pin AVCC 10 Tidak dipergunakan
11 Berasal dari tegangan referensi internal sebesar 2.56V
b. ADLAR merupakan bit pemilih mode data keluaran ADC. Bernilai awal 0 sehingga
2 bit tertinggi data hasil konversinya berada di register ADCL dan 8-bit sisanya
berada di register ADCL, seperti ditunjukkan Gambar 2.5 dan jika bernilai 1,maka
[image:30.595.93.527.220.610.2]Gambar 2.5. Format Data ADC dengan ADLAR=0 [2]
Gambar 2.6. Format Data ADC dengan ADLAR=1 [2]
c. MUX [ 4..0] merupakan bit pemilih saluran pembacaan ADC yang bernilai awal
0000. Untuk mode single ended input, MUX[4..0] bernilai dari 00000 – 00111 [3].
[image:31.595.100.513.71.747.2]Untuk lebih jelasnya pemilihan bit saluran pembacaan ADC dapat dilihat pada
Tabel 2.4.
Tabel 2.4. Tabel Pemilihan Bit Saluran Pembacaan ADC [3] MUX (4…0) Single Ended
Input
Pos Differential Input
Neg Differential Input
Gain
00000 ADC0
N/A
00001 ADC1
00010 ADC2
00011 ADC3
00100 ADC4
00101 ADC5
00110 ADC6
00111 ADC7
01000
N/A
ADC0 ADC0 10x
01001 ADC1 ADC0 200x
01010 ADC0 ADC0 200x
01011 ADC1 ADC0 10x
01100 ADC2 ADC2 10x
01101 ADC3 ADC2 200x
01110 ADC2 ADC2 200x
01111 ADC3 ADC2 1x
10000 ADC0 ADC1 1x
10001 ADC1 ADC1 1x
10010 ADC2 ADC1 1x
10011 ADC3 ADC 1x
10100 ADC4 ADC 1x
Tabel 2.4. (Lanjutan) Tabel Pemilihan Bit Saluran Pembacaan ADC [3] MUX (4…0) Single Ended
Input
Pos Differential Input
Neg Differential Input
Gain
10110
N/A
ADC6 ADC 1x
10111 ADC7 ADC 1x
11001 ADC1 ADC 1x
11010 ADC2 ADC 1x
11011 ADC3 ADC 1x
11100 ADC4 ADC 1x
11101 ADC5 ADC 1x
11110 1.22V(VBG)
N/A
11111 0V(GND)
2.3 Penguat Operasional
Penguat operasional (operational amplifier) secara umum menggambarkan tentang
sebuah rangkaian penguat penting yang membentuk dasar dari rangkaian-rangkaian
penguat audio dan video, penyaring, buffer, komparator atau pembanding, dan berbagai
macam rangkaian analog lainnya. Penguat operasional secara umum dikenal dengan nama
op-amp. Op-amp merupakan sebuah penguat arus searah dengan gain tinggi (besarnya gain
pada umumnya lebih besar dari 100.000 atau lebih besar dari 100 dB) [4]. Penguat
operasional memiliki simbol dengan 2 terminal masukan non-pembalik (diberi tanda V-)
dan pembalik (diberi tanda V+) serta 1 terminal keluaran (diberi tanda Vout). Op-amp
juga memiliki 2 buah saluran catu daya yaitu tegangan positif (diberi tanda Vs+) dan
tegangan negatif (diberi tanda Vs-). Untuk lebih jelasnya simbol penguat operasional dapat
dilihat pada Gambar 2.7.
[image:32.595.108.499.73.287.2]
Gambar 2.7. Simbol skematik Penguat operasional [4]
Tegangan pada terminal keluaran op-amp merupakan perkalian antara selisih tegangan
di antara masukan pembalik (V-) dan non-pembalik (V+) dengan besarnya gain yang
dimiliki. Dengan demikian, op-amp merupakan sebuah penguat diferensial. Jika masukan
Untuk dapat menjalankan fungsinya dengan baik, op-amp harus memiliki umpan
balik. Hampir seluruh rancangan rangkaian yang ada pada umumnya menggunakan umpan
balik negatif untuk mengendalikan besarnya gain serta memperoleh operasi kerja op-amp
linear [5]. Umpan balik negatif dapat diperoleh melalui penggunaan komponen-komponen
rangkaian, misalnya resistor yang dihubungkan di antara terminal keluaran op-amp dan
masukan pembalik op-amp yaitu terminal masukan yang bertanda (V-).
2.3.1 Penguat pembalik
Penguat pembalik adalah rangkaian penguat operasional yang paling dasar. Ia
menggunakan umpan balik negatif unutk menstabilkan perolehan tegangan secara
keseluruhan. Perolehan tegangan yang tak terduga dan variasinya menjadi tidak berguna
[image:33.595.83.516.326.609.2]tanpa umpan balik [4]. Untuk lebih jelasnya penguat rangkaian pembalik dapat dilihat pada
Gambar 2.8.
Gambar 2.8. Penguat rangkaian pembalik [4]
Jika perolehan tegangan kalang terbuka (AOL) naik karena sesuatu sebab, tegangan
keluaran akan naik dan mengumpanbalikkan lebih banyak tegangan ke masukan pembalik.
Tegangan umpan balik yang berlawanan ini mengurangi V2 karena itu, meskipun AOL
naik, V2 turun, dan keluaran akhir naik kira-kira sama dengan tanpa umpan balik negatif.
Hasil keseluruhannya adalah kenaikan yang sangat kecil pada tegangan keluaran, begitu
Dengan adanya sebuah virtual ground pada masukan pembalik seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2.8, maka perhitungan tegangan dapat dituliskan sebagai berikut
:
Ujung kanan R1 adalah ground tegangan, jadi besarnya tegangan masukan adalah
Vin = (2.3)
Demikian pula, ujung kiri R2 terdapat ground tegangan, jadi besarnya tegangan keluaran
adalah
Vout = (2.4)
Perolehan penguatan tegangan (AV) diperoleh dengan membagi Vout dengan Vin
Av =
atau
Av =
(2.5)
Av adalah perolehan tegangan kalang tertutup (ACL). Ini disebut dengan perolehan
tegangan kalang tertutup karena ini adalah tegangan tempat terdapat jalur umpan balik
antara keluaran dan masukan. Karena umpan balik negatif, perolehan tegangan kalang
tertutup ACL selalu lebih kecil daripada perolehan tegangan kalang terbuka AOL. Penguat
pembalik memiliki arus yang sama dengan kedua resistor [4].
2.3.2 Penguat Non-Pembalik
Penguat non-pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk menstabilkan
perolehan tegangan keseluruhan. Dengan jenis penguat ini, umpan balik negatif juga
Gambar 2.9. Penguat rangkaian non-pembalik [4]
Gambar 2.9 menunjukkan rangkaian sebuah penguat non-pembalik. Sebuah tegangan
masukan Vin menggerakkan masukan non-pembalik. Tegangan masukan ini diperkuat dan
menghasilkan tegangan keluaran in-phase seperti yang ditunjukkan. Bagian dari tegangan
keluaran diumpanbalikkan ke masukan melalui pembagi tegangan. Tegangan pada R1
adalah tegangan umpan balik yang diberikan ke masukan pembalik. Tegangan umpan balik
ini besarnya hampir sama dengan tegangan masukan. Karena perolehan tegangan
kalang-terbuka yang tinggi, perbedaan V1 dan V2 menjadi sangat kecil. Karena tegangan umpan
balik berlawanan dengan tegangan masukan, maka op-amp menghasilkan umpan balik
negatif.
Gambar 2.9 memperlihatkan sebuah hubungan singkat virtual antara terminal masukan
penguat operasional. Hubungan singkat virtual menyebabkan tegangan masukan muncul
pada R1, maka persamaan tegangan masukan dapat ditulis :
Vin = I1 * R1 (2.6)
Karena tidak ada arus yang mengalir melalui hubungan singkat virtual, arus I1 yang
sama harus mengalir melalui R2, yang berarti bahwa tegangan keluar ditentukan oleh :
Vout= I1(R2+R1) (2.7)
Perolehan penguatan tegangan diperoleh dengan membagi Vout dengan Vin:
ACL=
(2.8)
ACL = (
) + 1 (2.9)
Tegangan masukan muncul pada R2 dan arus yang sama mengalir melalui resistor-resistor
[4].
Beberapa contoh aplikasi rangkaian dengan op-amp [5] :
1. Op-amp sebagai penjumlah tegangan atau arus.
2. Op-amp sebagai konverter arus ke tegangan.
3. Op-amp sebagai konverter tegangan ke arus.
4. Op-amp sebagai buffer yang sempurna.
5. Op-amp sebagai pengurang.
6. Op-amp sebagai integrator.
7. Op-amp penguat suara.
8. Op-amp penguat video.
9. Op-amp penguat RF dan IF.
10. Op-amp regulator tegangan.
2.4 LED
Infra
merah
LED infra merah (infra red) ini merupakan piranti yang sangat umum digunakan dalam
suatu sistem instrumentasi. LED infra merah dapat didefenisikan sebagai alat pemberi
sinyal pada sensor [1]. Sinar infra merah tidak terlihat oleh mata manusia. Dioda arsenide
gallium merubah energi menjadi panas dan sinar infra merah. LED infra merah memiliki
tegangan maju yang lebih tinggi daripada dioda silikon. LED infra merah bekerja di atas
tegangan 0.7 V dan memiliki batas tegangan maju (VF) antara 1.5 V sampai 2.5 V
tergantung dari tipe LED infra merah. LED infra merah memiliki 2 buah kaki yaitu kaki
anoda (A) yang diberi masukan positif dan kaki katoda (K) yang diberi masukan negatif ,
Gambar 2.10. Simbol Led Infra Merah [7]
LED infra merah digunakan dalam sistem instrumen pengukuran kecepatan benda
bergerak berupa cahaya yang memiliki panjang gelombang dan radiasi yang tajam. Adapun
pemancar atau penembak cahaya yang dapat digunakan, seperti LED infra merah dan
dioda laser.
Prinsip kerja LED infra merah sama dengan LED biasa. Perbedaanya cahaya yang
dipancarkan pada LED infra merah berupa cahaya tak tampak. LED infra merah memiliki
arus maksimal sebesar 100mA. Kelemahan dari LED infra merah ini adalah daya jelajah
yang tidak jauh hanya sekitar 7 – 8 meter dengan sudut radiasi sebesar 45° [10].
LED infra merah bekerja pada arus (IF) 20mA dengan tegangan maju (VF) antara 1.2
V sampai 1.5 V. Nilai resistor dari LED infra merah dihitung berdasarkan hukum ohm,
persamaan untuk mencari nilai resistor LED infra merah adalah sebagai berikut [6] :
R =
(2.10)
dengan VS adalah nilai tegangan masukan, VFadalah nilai tegangan maju, dan IF adalah
arus LED infra merah.
Mengingat tingkat keamanan LED infra merah, maka nilai arus (IF’) yang dipakai
adalah 80 % dari nilai arus maksimum LED infra merah (IF). Cara menghitung nilai IF’
seperti yang ditunjukkan pada persamaan 2.11 [7].
IF’ = 80% * IF (2.11)
2.5 Fototransistor
Fototransistor dalam sistem instrumentasi berfungsi sebagai sensor yang digunakan
sebagai pendekteksi cahaya. Fototransistor yang paling sering dijumpai adalah transistor
tersebut dikenai cahaya melalui lensa yang membuka pada bungkus transistor, maka timbul
aliran arus kontrol yang menghidupkan transistor ON. Aksi ini sama dengan yang terjadi
pada arus basis emitor dari transistor NPN biasa. Fototransistor dapat sebagai alat dengan
dua kaki atau tiga kaki. Dalam perancangan ini penulis menggunakan fototransistor dua
kaki yaitu kaki kolektor yang diberi masukan positif dan kaki emitor yang diberi masukkan
negatif [10]. Simbol fototransistor dapat dilihat pada Gambar 2.11.
Kolektor
Emiter
Gambar 2.11. Simbol fototransistor [6]
Fototransistor adalah sensor optic peka cahaya yang akan bertambah resistansinya bila
terkena radiasi cahaya minimal 0,1 m W/sr pada sudut 200. Apabila tidak ada cahaya yang
masuk pada lensa yang membuka, arus akan mengalir kecil antara kolektor dan emitor.
Arus ini disebut arus gelap. Apabila cahaya mengenai sambungan PN kolektor-basis, maka
arus basis yang dihasilkan berbanding langsung dengan intensitas cahaya. Aksi tersebut
menghasilkan arus kolektor yang dikuatkan. Untuk arus basis yang dibangkitkan,
fototransistor bertindak seperti transistor bipolar konvensional. Perubahan resistansinya
dapat diketahui dengan cara mengukur perubahan tegangan pada keluarannya [10].
Fototransistor memiliki batas arus maksimal dan batas tegangan yang tergantung pada
datasheet jenis fototransistor yang digunakan, oleh karena itu untuk tingkat keamanan
fototransistor tahanan pembatas (resistor) perlu dipakai [6]. Nilai tahanan fototransistor
(R) memakai perhitungan berdasarkan pada hukum ohm, persamaannya adalah sebagai
berikut:
R = (2.12)
dengan nilai resistor fototransistor simbolkan R, tegangan masukan adalah V, dan I
sekarang ini mulai banyak digunakan. Penampil LCD mulai menggantikan fungsi dari
penampil Cathode Ray Tube (CRT), yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan manusia
sebagai penampil gambar/text baik monokrom (hitam dan putih), maupun berwarna [1].
Terdapat 2 jenis LCD yaitu LCD karakter dan LCD grafik. LCD karakter adalah LCD
yang tampilannya terbatas pada tampilan karakter, khususnya karakter ASCII (seperti
karakter-karakter yang tercetak pada keyboard komputer). Sedangkan LCD grafik, adalah
LCD yang tampilannya tidak terbatas, bahkan dapat menampilkan foto. LCD grafik inilah
yang terus berkembang seperti layar LCD yang biasa dilihat di notebook/laptop [14].
Bentuk fisik LCD karakter dapat dilihat pada Gambar 2.12.
[image:39.595.94.518.205.469.2]
Gambar 2.12. Bentuk fisik LCD karakter 16x2 [2]
Jenis LCD yang beredar di pasaran biasa dituliskan dengan bilangan matriks dari
jumlah karakter yang dapat dituliskan pada LCD tersebut, yaitu jumlah kolom karakter
dikali jumlah baris karakter. Sebagai contoh, LCD 16x2, artinya terdapat 16 kolom dalam
baris ruang karakter sehingga karakter yang dapat dituliskan adalah sebanyak 32 karakter
[1]. Untuk lebih jelasnya baris dan kolom karakter LCD 16x2 ditunjukkan pada Gambar
2.13.
BARIS
BARIS
KOLOM 1 KOLOM 16
Gambar 2.13. Baris dan kolom Karakter pada LCD 16x2 [14]
LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang menampilkan data dengan 2 baris tampilan
pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah [1]:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk membuat
program tampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya menggunakan 8 bit data dan 3 bit
control.
3. Ukuran modul yang proposional
4. Daya yang digunakan relatif kecil.
Agar dapat mengendalikan LCD karakter dengan baik, koneksi yang benar tentu
diperlukan. Untuk itu perlu diketahui pin-pin antarmuka yang dimiliki oleh LCD karakter
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.14 dan Tabel 2.5 LCD karakter yang beredar di
[image:40.595.95.500.263.707.2]pasaran memiliki 16 pin antarmuka.
Gambar 2.14. Konfigurasi Kaki LCD 16x2 [13]
Tabel 2.5. Konfigurasi kaki LCD 16x2 [1]
Nomor PIN Simbol Fungsi
1 Vss GND
2 Vdd/Vcc +5V
3 Vee/Vo Kontras
4 RS Intruksi input/Data input
5 R/W Read/Write
6 E Enable signal
7 DB0 Data pin 0
8 DB1 Data pin 1
9 DB2 Data pin 2
11 DB4 Data pin 4
12 DB5 Data pin 5
13 DB6 Data pin 6
14 DB7 Data pin 7
15 VB+ Back light (+5V)
16 VB- Back light (-5V)
Ada dua jenis antarmuka yang dapat digunakan dalam mengendalikan LCD karakter: 4
Bit, dan 8 Bit. Dalam antarmuka 4 Bit hanya membutuhkan empat pin data komunikasi
data pararel, DB4 (pin 11) sampai DB7 (pin 14), yang dikoneksikan dengan rangkaian
25
BAB III
PERANCANGAN PENELITIAN
Bab III ini akan membahas mengenai perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak.
3.1 Perencanaan Sistem
Perencanaan sistem ini membahas tentang kebutuhan-kebutuhan yang harus dipenuhi,
agar alat ini dapat bekerja sesuai dengan apa yang direncanakan. Sistem penentuan jenis
golongan darah manusia berbasis mikrokontroler AT-Mega8535 terdiri dari beberapa
bagian yang saling berhubungan satu dengan yang lainnya. Untuk lebih jelasnya dapat
dilihat pada Gambar 3.1 diagram blok sistem penentuan jenis golongan darah manusia.
Kaca Preparat LCD 16x12(penampil)
Sensor LED infra merah MIKROKONTROLER Op-Amp IC LM741 dan Fototransistor AT-Mega8535
sehingga hasil pengolahan dapat ditampilkan pada penampil LCD 16x2.
3.2 Perancangan Mekanik
Perancangan mekanik alat pendekteksi golongan darah manusia terdiri dari LCD,
saklar ON/OFF, tombol start, tombol reset, kaca preparat, dan sensor. Desain mekanik
tampak atas seperti ditunjukkan pada gambar 3.2 dan desain mekanik tampak samping
ditunjukkan pada gambar 3.3.
Gambar 3.3. Desain Mekanik Tampak Samping
Panjang badan alat adalah 35 cm dengan pembagian setiap bagian papan terdapat 2
sensor yang memiliki panjang 7.5 cm, jarak antara sensor setiap papannya 3 cm sehingga
sisa jarak dipakai untuk memisahkan setiap papannya berjarak 1 cm. Jarak antara
fototransistor, kaca preparat, dan LED infra merah masing-masing adalah 3 cm, lebih
jelasnya jarak sensor dengan kaca preparat dapat dilihat pada Gambar 3.4 dan jarak antara
sensor seperti terlihat pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5. Jarak antara sensor
Jarak secara keseluruhan badan alat dapat dilihat pada Gambar 3.6 dengan perincian pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Tabel perincian jarak mekanik Komponen Jarak Keterangan Panjang 35 cm
Lebar 15 cm Tinggi 10 cm
LCD 3 cm 3 cm (tepi atas) dan 3 cm (tepi kiri) Saklar 3cm 3cm (tepi atas) dan 3 cm (tepi kanan) Start 3cm 3cm (tepi bawah) dan 8 cm (tepi
Reset)
Reset 3 cm 3 cm (tepi bawah) dan 3 cm(tepi kanan)
3.3 Perencanaan Perangkat Keras
Ada beberapa bagian utama dalam perancangan subsistem perangkat alat penentuan jenis golongan darah manusia berbasis AT-Mega8535, yaitu meliputi rangkaian sensor
sebagai input data, rangkaian penguat operasional sebagai penguat tegangan masukan,
rangkaian mikrokontroler, dan rangkaian LCD 16x2 sebagai penampil.
3.3.1 Rangkaian Sensor
Rangkaian sensor pada perancangan ini merupakan rangkaian paling utama dalam
proses pengambilan data. Sensor dalam rangkaian ini menggunakan dua komponen yaitu
LED infra merah dan fototransistor. LED infra merah memancarkan cahaya sehingga
menembus sampel darah pada kaca preparat dan fototransistor digunakan untuk
mendeteksi intensitas cahaya yang dipancarkan oleh LED infra merah. Rangkaian sensor
dapat dilihat pada Gambar 3.7.
golongan darahnya apakah golongan darah A,B,AB, dan O.
Rangkaian sensor darah dalam perancangan ini membutuhkan 8 buah sensor untuk 4
sampel darah manusia, dengan pembagian masing-masing 2 buah sensor menguji 1 sampel
darah. Keluaran sensor yang telah dikuatkan oleh op-amp dihubungkan ke pin
mikrokontroler AT-Mega8535 yaitu PORT A (ADC). Konfigurasi keluaran sensor ke
mikrokontroler AT-Mega8535 ditunjukkan seperti pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2. Konfigurasi Keluaran Sensor Ke Mikrokontroler ATmega8535
Keluaran Sensor Port ATmega 8535
Sensor 1 PA0 (ADC0)
Sensor 2 PA1 (ADC1)
Sensor 3 PA2 (ADC2)
Sensor 4 PA3 (ADC3)
Sensor 5 PA4 (ADC4)
Sensor 6 PA5 (ADC5)
Sensor 7 PA6 (ADC6)
Sensor 8 PA7 (ADC7)
Fototransistor yang digunakan dalam perancangan tidak memiliki kepekaan yang
sama, maka keluaran fototransistor perlu ditambahkan resistor variabel (Rvar), sehingga
nilai tegangan pada keluaran semua sensor menjadi sama. Nilai resistor variabel (trimpot)
yang digunakan dalam perancangan rangkaian sensor sebesar 5KΩ. Nilai R1 dan R2
dihitung berdasarkan pada persamaan 2.10 dan persamaan 2.12. Untuk tingkat keamanan
nilai arus yang melewati fototransistor (IR1), nilai arus IR1 akan dikurangi menjadi 80%
berdasarkan pada persamaan 2.11. Perhitungan nilai IR1, R1 dan R2 adalah sebagai
berikut :
Perhitungan nilai aman arus pada LED infra merah (IF’):
IR1 = 80% * IF
IR1 = 0.8 * 20 mA
Setelah nilai aman arus LED infra merah (IR1) didapat, maka perhitungan nilai resistor
LED infra merah (R1) adalah :
R1 =
R1 =
R1 = 218.75 ohm
nilai resistor yang ada dipasaran adalah 220 ohm.
Perhitungan nilai resistor fototransistor (R2) :
R2 =
R2 =
R2 = 1250 ohm
nilai resistor yang ada dipasaran adalah 1200 ohm.
3.2.2 Rangkaian konfigurasi Penguat Tegangan
Tegangan keluaran dari fototransistor masih sangat kecil untuk dipakai secara
langsung. Tegangan ini perlu diperkuat oleh sebuah rangkaian penguat tegangan.
Rangkaian penguat yang dipakai adalah sebuah penguat operasional yang di
konfigurasikan sebagai penguat tidak-pembalik (non-inverting). Dalam perancangan ini,
penulis menggunakan IC LM741, yang dapat dilihat pada Gambar 3.8.
rangkaian sensor darah menghasilkan tegangan keluaran sebesar 0.1 V, sehingga
membutuhkan penguatan sebanyak 40 kali. Berdasarkan pada persamaan 2.9, perhitungan
nilai penguatan tegangan adalah sebagai berikut :
ACL = 1+
ACL = 1 +
= 40 x
Voutput = Vinput * ACL
Voutput = 0.1 V * 40x
= 4 Volt
Sehingga nilai tegangan keluaran dari penguat operasional (op-amp) adalah 4 Volt.
3.3.3 Rangkaian konfigurasi LCD 16x2
Dengan menggunakan informasi pada Tabel 2.2, rangkaian pendukung LCD 16x2
dapat dibuat seperti pada Gambar 3.9. Penentuan konfigurasi kaki LCD menuju
mikrokontroler ditentukan dengan melihat pada software compiler yang digunakan (Code
Vision AVR) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10. Pengaturan Port LCD Pada Code Vision AVR [9]
3.3.4 Rangkaian Mikrokontroler
Rangkaian mikrrokontroler akan mengolah data dari sensor dan menampilkan di LCD
16x12 (Display). Mikrokontroler membutuhkan sistem minimum yang terdiri dari
rangkaian eksternal yaitu rangkaian osilator dan rangkaian reset.
3.3.4.1 Rangkaian Osilator
Rangkaian osilator ini berfungsi sebagai sumber clock bagi mikrokontroler.
Rangkaian osilator menggunakan crystal dengan frekuensi sebesar 11,0592 MHz dan
menggunakan kapasitor 22pf pada pin XTAL1 dan XTAL2 di mikrokontroler seperti yang
terlihat pada gambar 3.11. Pemberian kapasitor bertujuan untuk memperbaiki kestabilan
frekuensi yang diberikan oleh osilator eksternal [9].
mikrokontroler dapat diulang dari awal. Saat tombol reset ditekan, mikrokontroler
mendapat input logika rendah, sehingga akan menghentikan seluruh proses yang sedang
dilakukan mikrokontroler. Gambar 3.12 menunjukan rangkaian reset untuk AT-Mega8535.
Gambar 3.12. Rangkaian Reset AT-Mega8535 [9]
Resistor dan kapasitor berfungsi untuk tunda waktu tegangan yang masuk ke reset.
Waktu yang dibutuhkan untuk reset eksternal tidak sama dengan waktu masukan VCC,
sehingga waktu reset diberikan setelah waktu pengisian kapasitor sebagai jedanya. Untuk
memperoleh waktu pengisian 47us dengan menggunakan kapasitor sebesar 10nF, nilai
resistor minimum dapat dihitung dengan persamaan :
T = R * C
Maka R = 47us/10nF
= 4700 Ω
Perancangan penggunaan port sebagai masukan dan keluaran pada AT-Mega8535
disesuaikan dengan kebutuhan, untuk konfigurasi port AT-Mega8535 dapat dilihat pada
Tabel 3.3 yang disesuaikan dengan minimum sistem AT-Mega8535 seperti pada Gambar
Tabel 3.3. Penggunaan Port Pada Mikrokontroler
FUNGSI Hardware PORT Mikro
INPUT Sensor 1 PORTA.0
Sensor 2 PORTA.1 Sensor 3 PORTA.2 Sensor 4 PORTA.3 Sensor 5 PORTA.4 Sensor 6 PORTA.5 Sensor 7 PORTA.6 Sensor 8 PORTA.7
OUTPUT LCD PORTB. 0-7
Gambar 3.13. Sistem Minimun AT-Mega8535 [9]
Konfigurasi port dan gambar rangkaian sensor dapat dilihat pada Tabel 3.1 dan
menunjukkan program dimulai dengan inisialisasi hardware yang berhubungan dengan
sistem, antara lain AT-Mega8535, sensor, dan LCD. Setelah menginisialisasi, sensor mulai
melakukan pembacaaan data dengan scan sampel darah yang diujikan. Data analog yang
dihasilkan oleh sensor kemudian akan dikonversi menjadi digital pada ADC yang telah
terintregrasi secara internal pada mikrokontroler AT-Mega8535. Proses selanjutnya adalah
data yang telah dikonversikan akan diproses dan kemudian akan ditampilkan di LCD
berupa nama sensor beserta hasil golongan darah. Setelah itu proses dilanjutkan dengan
mengambil data berikutnya secara bergantian.
START
STOP
Inisialisasi Konfigurasi Umum ATMega8535
PORTA>>SENSOR PORTC>>LCD
Scan Sampel Darah Oleh
Sensor
Ambil Data Lagi ? Olah Data
ADC di ATMega8535
Menampilkan Hasil di LCD
TIDAK YA
3.4.1 Perangkat lunak Scan Sampel Darah
Perangkat lunak ini berguna untuk mendeteksi sampel darah yang dibaca oleh sensor.
Proses diawali dengan menginisialisasi konfigurasi umum AT-Mega8535 termasuk pada
port masukan maupun port keluaran. Sensor akan membaca data lalu dikirimkan untuk
diproses, sampel darah akan dicek sesuai dengan program yang telah dimasukkan di dalam
mikrokontroler. Jika bukan golongan darah A, maka proses dilanjutkan dengan pengecekan
golongan darah lainnya, tetapi jika data yang dimasukkan sesuai maka hasil akan
ditampilkan pada LCD. Diagram alir Scan sampel darah dapat dilihat pada Gambar 3.15.
START
Inisialisasi Konfigurasi PORTA>>SENSOR
PORTC>>LCD
CEK SAMPEL DARAH
CEK GOLONGAN
DARAH A
CEK GOLONGAN
DARAH B
CEK GOLONGAN
DARAH AB
CEK GOLONGAN
DARAH O
TAMPILKAN KE LCD YA
TIDAK TIDAK TIDAK
YA YA
YA YA
TIDAK
terjadi di PORT A sedangkan inisialisasi LCD di PORT C. Data berupa tegangan
dikonversi ke dalam ADC (Vin), akan dibandingkan dengan tegangan yang telah
ditetapkan (Vref) di dalam Mikrokontroler AT-Mega8535. Jika Vin>=Vref maka data
tersebut berlogika 1 sedangkan jika Vin<Vref maka data berlogika 0, perbandingan antar
logika 1 dan logika 0 akan diproses dan ditampilkan hasil berupa jenis golongan darah di
penampil LCD. Dalam perancangan ini tegangan referensi (Vref) yang digunakan sebesar
2.56 Volt, diambil dari tegangan referensi dalam AT-Mega8535. Diagram alir mengolah
data ADC pada AT-Mega8535 dapat dilihat pada Gambar 3.16.
START
Inisialisasi Konfigurasi ATMega8535 PORTA>>SENSOR
PORTC>>LCD
Data analog Sensor (Tegangan)
Proses ADC Vref = 2.56 Volt
Vin >= Vref = LOGIKA 1 Vin < Vref = LOGIKA 0
Vin >= Vref = LOGIKA 1 Vin < Vref = LOGIKA 0
Pengolahan Hasil Logika
Logika 10 = Gol.Darah A
Logika 01 = Gol.Darah B
Logika 11 = Gol.Darah AB
Logika 00 = Gol. Darah O
Ditampilkan ke LCD Saklar RESET
STOP TIDAK YA
[image:55.595.98.516.244.709.2]Sensor 2 Sensor 1
39
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab IV ini akan membahas mengenai hasil pengujian alat yang telah dibuat. Tujuan
pengujian ini adalah untuk membuktikan sistem yang diimplementasikan telah memenuhi
spesifikasi yang telah direncanakan sebelumnya. Hasil pengujian akan dimanfaatkan untuk
menyempurnakan kinerja sistem alat dan sekaligus digunakan untuk pengembangan lebih
[image:56.595.96.556.264.663.2]lanjut. Tahap pengujian sampel golongan darah manusia dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1. Tahap Pengujian Sampel Golongan Darah Manusia
Alat ini mempunyai fungsi sebagai penentu jenis golongan darah manusia, dengan
tombol start. Tunggu beberapa saat, sensor akan membaca sampel darah dan menghasilkan
tegangan yang akan dikuatkan oleh Op-Amp. Tegangan yang telah dikuatkan oleh Op-Amp
akan dikirimkan ke mikrokontroler AT-Mega8535 untuk diproses sehingga dapat
ditampilkan pada penampil LCD 16x2. Penempatan letak tombol start, tombol stop, saklar
on/off dan LCD 16x2 pada perangkat keras dapat dilihat pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2. Penempatan Letak Tombol Start/stop, Saklar On/off Dan LCD 16x2 Pada
Perangkat Keras.
Ada beberapa tahap pengujian yang dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan alat
yang dibuat yaitu :
1. Pengujian rangkaian sensor
2. Pengujian rangkaian LCD 16x2
3. Pengujian rangkaian pengendali/pengontrol
4. Pengujian sistem keseluruhan
4.1
Pengujian Rangkaian Sensor
Bagian utama dari perangkat ini adalah sensor darah yang meliputi LED infra merah
dan fototransistor. Sensor darah diperlukan untuk mendekteksi proses aglutinasi pada dua
titik sampel darah yang diujikan. LED infra merah akan memancarkan cahaya yang akan
menembus sampel darah dan sebuah fototransistor diperlukan untuk menerima cahaya dari
LED infra merah yang telah menembus sampel darah. Pengujian dilakukan dengan cara
[image:57.595.88.525.230.619.2]menggunakan benda padat sehingga perbedaaan nilai tegangan yang diukur dapat
diketahui. Dalam pengujian ini benda padat yang digunakan adalah kertas yang tak tembus
oleh cahaya. Nilai tegangan dc yang diukur pada keluaran sensor penerima fototransistor
telah dikuatkan oleh Op-Amp. Keterangan letak sensor dan kaca preparat pada perangkat
[image:58.595.81.553.191.722.2]keras dapat dilihat pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3. Keterangan Letak Sensor Dan Kaca Preparat Pada Perangkat Keras
Untuk mendapatkan nilai tegangan rata-rata setiap sensor maka dilakukan pengambilan
data dari keluaran fototransistor sebanyak 10 kali pengujian. Data yang diambil dari
keluaran sensor fototransistor be