Techno Science Vol. 2 No.1 Mei 2008
130
AKUISISI SUHU HIPERTERMIA BERBASIS USB
Andi Kurniawan Nugroho1 1
JurusanTeknik Elektro Universitas Semarang
Jl. Soekarno-Hatta Tlogosari Semarang Email : andikn76@gmail.com
Abstrak
Terapi dengan menggunakan panas ( Hipertermia ) telah lama menarik perhatian dan telah dilakukan dalam berbagai bentuk. Pengukuran suhu Hipertemia harus secara non kontak. Cara mengakuisisi data suhu Hipertermia dengan menggunakan sensor suhu yang disebut Thermopile yang terangkai dalam rangkaian termometer inframerah, yang dihubungkan dengan modul USB-1208LS sebagai interface dan port I/O. Kinerja rangkaian ini dimulai dari proses masukan analog dari termometer inframerah yang diubah menjadi data-data digital dalam USB yang selanjutnya dapat diolah dan dikendalikan sesuai dengan keinginan penggunanya.Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merealisasikan sensor Thermopile yang sesuai dengan kondisi suhu tubuh yang akan diterapi. Metoda penelitian ini dirancang Thermopile yang memiliki suhu terapi Hipertemia yang diinginkan yaitu 25oC – 45oC yang dihubungkan dengan USB 1208LS.Hasil dari penelitian ini adalah tingkat resolusi 0.0051 oC / Bit serta akurasi 0,3633 oC.
Kata Kunci : Hipertermia, sensor thermopile, USB, akuisisi, termometer inframerah
1. Pendahuluan
Hipertemia berarti penaikan suhu beberapa derajat celcius diatas suhu fisiologi normal. Untuk manusia hal ini berarti suhu dari 41 0C sampai 44 0C. Tujuan terapi dengan Hipertermia adalah membangkitkan panas yang cukup untuk membunuh sel tumor tanpa merusak sel sehat. Hipertermia dapat digunakan secara tersendiri atau bergabung dengan terapi kimia atau terapi radio.
Dalam aplikasinya, termometer yang merupakan alat pengukur suhu/temperatur, dibagi menjadi dua jenis : kontak dan non-kontak. Metode termometer kontak yang konvensional meliputi thermocouple, resistance temperature detectors (RTDs), dan thermistor. Termometer air raksa juga termasuk dalam kategori ini. Termometer Inframerah adalah suatu alat pengukur suhu dengan metode pengukuran non-kontak, disebut demikian karena alat ukurnya tidak menyentuh organ terapi yang diukur suhunya. Termometer inframerah merupakan segmen pertumbuhan yang paling dominan dari pasaran sensor suhu.
Mengapa Inframerah? Sensor suhu kontak harus mengimbangi kalibrasinya dengan suhu pada produk yang diukur. Sebagai contoh, air raksa di dalam termometer mengambil suhu di udara dan meluas atau mengembang. Ketika sensor kontak ditempatkan ke suhu yang berbeda, termometer itu membutuhkan waktu untuk mengimbanginya. Peristiwa ini dikenal sebagai waktu tanggapan terhadap sensor (response time).
Penggunaan termometer kontak tidak praktis atau tidak mungkin. Oleh karena itu, dengan adanya sensor inframerah yang dapat mengukur suhu pada jarak tertentu dengan waktu tanggapan yang sangat kecil, maka sensor inframerah cocok digunakan dalam terapi Hipertermia.
Dalam penelitian ini, diperkenalkan suatu alat yang disebut USB (Universal Serial Bus), yang merupakan gabungan dari ADC dan antarmuka dari rangkaian termometer inframerah dan komputer. USB ini merupakan alat komunikasi data secara dua arah yang dapat mengakuisisi serta mengolah data suhu pada proses Hipertermia.
2. METODA PENELITIAN
Materi utama dalam penelitian ini adalah data suhu yang mampu dideteksi oleh sensor thermopile pada rangkaian termometer inframerah, yang kemudian diterjemahkan oleh USB-1208LS dalam bentuk kode 12-bit dengan bantuan pemograman Visual Basic, sehingga dapat diakuisisi dan ditampilkan pada komputer. Setelah perancangan sensor suhu thermopile dibuat maka dilakukan pengujian dan analisa data yang didapat pada diagram blok pengujian terlihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 1. Diagram blok pengujian untuk mencari nilai Regresi a dan b
Untuk mendapatkan hasil pengukuran suhu terapi yang akurat, maka perlu dilakukan uji linieritas terhadap piranti pengukur suhu. Piranti pengukuran suhu di sini adalah Tranduser (Thermophile) dan penguatnya.
Uji linieritas ini dilakukan dengan melakukan analisa Regresi Linier , yaitu dengan mencari nilai a dan b kurva linier:
Y = a + bX (1)
dengan:
Y = Suhu konversi ( oC )
X = Nilai ADC yang terbaca pada tegangan tertentu ( bit ) a = oC
b = oC / bit, a dan b adalah koefisien regresi
Nilai a dan dapat dicari apabila kita telah melakukan tegangan rerata yang dihitung berdasarkan jumlah percobaan yang dilakukan. Setelah itu kita mencari nilai kalibrasi dari tegangan yang terukur dengan suhu lalu dikonversikan dengan data ADC yang tertampil dalam program Visual Basic.
Nilai a dan b dapat dihitung dengan rumus:
a=
2 2 2
X
X
n
XY
X
Y
X
(2) b =
2 2X
X
n
Y
X
XY
n
(3) dengan: n = jumlah pengukuranDengan penyimpangan terhadap linieritas ( Standar Deviasi / akurasi ( oC )) :
S =
n
lVi
Yi
n
1 2)
(
1
(4)Untuk mencari besarnya resolusi :
Resolusi : Rentang suhu pengukuran (5)
Jumlah bit yang digunakan PEMANAS ELEKTRONIK RANG.THERM OPILE MULTIMETER PADA SKALA VOLT KONVERSI ADC MELALUI VISUAL BASIC NILAI X REGRESI LINIER PENGKALIBRASI NILAI Y
Techno Science Vol. 2 No.1 Mei 2008
132
Agar dihasilkan hasil konversi analog ke kode 12 bit dalam USB 128LS diiperlukanpengukuran keluaran penguat sensor suhu secara berulang sehingga dihasilkan rata-rata tegangan yang akan dijadikan pedoman untuk mengkonversi masukan analog ( 0V sampai 5 V) ke kode 12 bit ( 0 – 4098 ).Hasil dari ADC tersebut akan dibaca program .
Gambar 2 Tampilan untuk memasukkan nilai a dan b
3. HASIL PERCOBAAN
Data pengukuran yang diperoleh dari keluaran penguat dihasilkan :
Tabel 1. Hasil pengukuran penguat thermopile Suhu ( oC ) Tegangan (V ) 25 0 26 0,1 27 0,5 28 0,6 29 0.8 30 1.1 31 1,2 32 1,3 33 1,6 Suhu ( oC ) Tegangan (V ) 34 1,9 35 2,1 36 2,5 37 2.9 38 3,1 39 3,8 40 4 41 4,2 42 4,5 43 4,8 44 5 45 5,2
25 30 35 40 45 -1 0 1 2 3 4 5 6
%Grafik Perubahan Suhu Terhadap Tegangan Keluaran OPAMP 741
Te g a n g a n k e lu a ra n O P A M P 7 4 1 ( V o lt ) Suhu(derajat celcius) Regresi Linear
Gambar 3 Grafik rata – rata perubahan suhu terhadap tegangan keluaran
Untuk mencari nilai regresi :
Techno Science Vol. 2 No.1 Mei 2008
134
Hasil perhitungan untuk mencari nilai koefisien regresi :Tabel 2. Perhitungan untuk mencari nilai a dan b
Suhu V Rat Nilai ADC
ºC (Y) Volt Bit ( X ) X^2 Y^2 X*Y
25 0
2068
4276624
625 51700 26 0.12080
4326400
676 54080 27 0.52164
4682896
729 58428 28 0.62186
4778596
784 61208 29 0.82230
4972900
841 64670 30 1.12286
5225796
900 68580 31 1.32326
5410276
961 72106 32 1.62390
5712100
1024 76480 331.9
2446
5982916
1089 80718 342.1
2494
6220036
1156 84796 352.5
2564
6574096
1225 89740 362.9
2654
7043716
1296 95544 373.1
2694
7257636
1369 99678 383.4
2756
7595536
1444 104728 393.8
2838
8054244
1521 110682 404
2884
8317456
1600 115360 414.2
2916
8503056
1681 119556 424.5
2994
8964036
1764 125748 434.8
3046
9278116
1849 130978 445
3086
9523396
1936 135784 455.2
3120
9734400
2025 140400Perhitungan nilai a dan b
a =
2 2 2
X
X
n
XY
X
Y
X
a= 2)
54222
(
142434228
*
21
1940964
*
54222
735
*
142434228
a =2940025284
-2991118788
11
1.05243E
-11
1.04689E
a =51093504
553792428
a = -10.8388o Cb =
2 2X
X
n
Y
X
XY
n
b = 2)
54222
(
142434228
*
21
735
*
54222
1940964
*
21
b =51093504
39853170
-40760244
b =51093504
907074
b = 0.0178 oC / bit 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 25 30 35 40 45%Program Mencari nilai regresi linier
S u h u J a ri n g a n B io lo g is A rt if is ia l (d e r. C ) ADC (bit) Regresi Linear
Gambar 5. Gambar grafik regresi linier dari hasil pengukuran
Dengan penyimpangan terhadap linieritas ( Standar deviasi ) =
S =
n
lVi
Yi
n
1 2)
(
1
S = 0.3633oCTechno Science Vol. 2 No.1 Mei 2008
136
4. KESIMPULAN
1. Dengan demikian maka karakteristik dari akuisisi dan pengolahan data suhu dengan sensor suhu pada hipertermia medis adalah sebagai berikut :
Daerah pengukuran = 25 oC – 45 oC a = -10.8388o C
b = 0.0178 oC / bit Resolusi = 0.0051 oC / Bit Akurasi = 0.3633 oC
2. USB 1208LS mempunyai keunggulan dapat mengukur data bit secara real time , dengan mengkonversikan data tegangan ke data bit.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Adhy Hidayanto , Rhodian, 2006, ” Aplikasi Logika Fuzzy untuk Pengendalian Temperatur Berbasis PC pada Sistem Hipertermia Medis”, Skripsi S-1, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta.
[2] Budiharto, Widodo,2004, ” Interfacing Komputer dan Mikrokontroller ”,Jakarta: Elex Media Komputindo.
[3] Carter, R. G., 1990, Electromagnetic waves: microwave components and devices, Penerbit: Chapman and Hall, London, UK.
[4] Herlina , Theresia, 2004, Penerapan logika Fuzzy untuk pengendalian temperatur pada Rice Cooker, Fakultas MIPA Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
[5] Kusumadewi, S., dkk. 2006, Fuzzy Multi-Attribute Decision Making (Fuzzy MADM), Penerbit: GRAHA ILMU, Yogyakarta.
[6] Kusumadewi, Sri, 2002, Analisis dan desain sistem fuzzy menggunakan Toolbox Matlab, Yogyakarta: Graha Ilmu.
[7] Pamungkas, 2000, Tip & Trik Microsoft Visual Basic 6.0, Penerbit: PT Elex Media Komputindo, Jakarta.
[8] Prasetia, R. dan Catur W. E., 2004, Teori dan Praktek Interfacing Port Paralel dan Port Serial Komputer dengan Visual Basic 6.0, Penerbit: ANDI, Yogyakrta .
[9] Sri Widodo, Thomas, 2005, Sistem neuro fuzzy : Untuk pengolahan informasi, pemodelan dan kendali, Yogyakarta: Graha ilmu.
[10] Wijarnarko, Rudi B,1990, ” Pengaturan Suhu Sistem Tersimulasi Hipertermia dalam Fisiolagi Anti kanker” , Fakultas teknik Jurusan Teknik Elektro UGM, Yogyakarta.
[11] Wildi, T., 2002, Electrical Machines, Drives, and Power System, Penerbit: Prentice Hell, New York.
[12] Yan, J., Michael R. dan James P., 1994, Using Fuzzy Logic Towards Intelligent System,
