GELANG PENGUKUR DETAK JANTUNG DAN SUHU TUBUH MANUSIA BERBASIS INTERNET of THINGS (IoT) Skripsi

GELANG PENGUKUR DETAK JANTUNG DAN SUHU

TUBUH MANUSIA BERBASIS INTERNET of THINGS (IoT)

Skripsi

Oleh Diah Eka Savitri 11150970000012

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI

SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

i

GELANG PENGUKUR DETAK JANTUNG DAN SUHU

TUBUH MANUSIA BERBASIS INTERNET of THINGS (IoT)

Skripsi

Diajukan kepada Fakultas Sains dan Teknologi untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)

Oleh Diah Eka Savitri NIM: 11150970000012

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI

SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

ii

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING

GELANG PENGUKUR DETAK JANTUNG DAN SUHU

TUBUH MANUSIA BERBASIS INTERNET of THINGS (IoT)

Skripsi

Diajukan kepada Fakultas Sains dan Teknologi untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)

Oleh Diah Eka Savitri NIM: 11150970000012

iii

LEMBAR PENGESAHAN UJIAN

Skripsi yang berjudul “GELANG PENGUKUR DETAK JANTUNG

DAN SUHU TUBUH MANUSIA BERBASIS INTERNET of THINGS (IoT)”

yang ditulis oleh Diah Eka Savitri dengan NIM. 11150970000012 telah diuji di hadapan dewan penguji dan dinyatakan lulus dalam sidang Munaqasah Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta pada tanggal 9 Januari 2020. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat memperoleh gelar sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Fisika.

iv

LEMBAR PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa:

1. Skripsi ini merupakan hasil karya asli saya sendiri yang diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) di UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

2. Semua sumber yang saya gunakan dalam penelitian ini telah dicantumkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku di UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. 3. Jika di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan hasil karya asli saya

sendiri atau merupakan hasil jiplakan dari karya orang lain, maka saya bersedia menerima sanksi yang berlaku di UIN Syarif Hidyatullah Jakarta.

v

ABSTRAK

Jantung bekerja sebagai alat pemompa darah akan menjadi organ yang sangat fatal jika jantung tidak bekerja secara optimal. Kondisi inilah yang dapat menyebabkan terjadinya gangguan jantung yang diakibatkan oleh terhambatnya suplai darah ke otot-otot jantung karena pembuluh darah yang tersumbat ataupun irama denyut jantung yang tidak normal. Salah satu alat yang dapat mendiagnosa gangguan jantung adalah elektrokardiograf, namun seiring berkembangnya teknologi telah banyak yang merancang alat pengukur detak jantung digital. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membangun, melakukan karakterisasi perangkat keras (hardware), dan menganalisis hasil perancangan gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh manusia yang menggunakan metode photoplethysmograph Reflectance. Hasil perancangan dibuat menggunakan sensor MAX30102 dan Arduino Nano yang telah diinterfacekan menuju aplikasi RemoteXY pada android menggunakan modul bluetooth HC-05. Batas jangkauan yang diterima oleh android melalui bluetooth HC-05 sebesar 46,5 m pada ruangan terbuka dan tanpa halangan apapun. Pengukuran data pada penelitian ini memiliki tingkat ketelitian rata-rata diatas 90% dengan akurasi perbandingan sensor MAX30102 dan Pulse Oximetry sebesar 98,594%, akurasi perbandingan sensor MAX30102 dan sensor MAX30100 sebesar 98,754% serta akurasi perbandingan sensor MAX30102 dan termometer digital sebesar 99,52%.

Kata kunci : Arduino Nano, Detak Jantung, Photoplethysmograh, Sensor

vi

ABSTRACT

The heart works as a blood pumping device will become a very fatal organ if the heart does not work optimally. This condition can cause heart problems caused by blocked blood supply to the heart muscles due to blocked blood vessels or abnormal heart rhythms. One tool that can diagnose heart problems is an electrocardiograf, but as technology develops, many have designed digital heart rate measuring devices. This study aims to design and build, characterize hardware (hardware), and analyze the results of the design of heart rate and human body temperature measuring wristbands using the Photoplethysmograph Reflectance method. The design results were made using the MAX30102 sensor and Arduino Nano that have been interfaced to the RemoteXY application on android using the HC-05 bluetooth module. The range of limits received by android via bluetooth HC-05 is 46,5 m in open spaces and without any obstruction. Measurement data in this study has an average level of accuracy above 90% with an accuracy of MAX30102 sensor comparison and Pulse Oximetry of 98,594%, accuracy of MAX30102 sensor ratio and MAX30100 sensor of 98,754% and accuracy of comparison of MAX30102 sensors and digital thermometer of 99,52%.

Keywords : Arduino Nano, Bluetooth, Body Temperature, Heartbeat, Photoplethysmograph

vii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur bagi Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya kepada penulis. Sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik, guna memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Sains di Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta. Shalawat dan salam senantiasa tercurahkan kepada baginda Nabi Muhammad SAW yang mengantarkan manusia dari zaman kegelapan ke zaman yang terang benderang saat ini.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini tidak dapat terselesaikan tanpa dukungan dari berbagai pihak, baik moril maupun materil. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam penyusunan skripsi ini, terutama kepada:

1. Kedua orang tua yang telah memberikan dukungan moril maupun materiil serta do’a yang tiada henti- hentinya kepada penulis.

2. Segenap keluarga besar yang telah memberikan support dalam penyelesaian skripsi ini.

3. Ibu Tati Zera, M.Si selaku Ketua Program Studi Fisika dan Pembimbing Akademik yang telah memberikan arahan kepada penulis.

4. Bapak Dr. Ambran Hartono, M.Si selaku pembimbing I yang telah membimbing penulis dan banyak memberikan pengarahan terkait penelitian skripsi ini, juga memberikan banyak ilmu-ilmu baru serta solusi pada setiap permasalahan dalam penulisan skripsi ini.

5. Ibu Elvan Yuniarti, M.Si selaku pembimbing II yang telah sabar membimbing penulis dan memberikan banyak masukan dan solusi kepada

viii

penulis terkait permasalahan penulisan skripsi ini.

6. Seluruh dosen-dosen Program Studi Fisika, atas seluruh ilmu yang telah diberikan kepada penulis selama melakukan studi.

7. Teman-teman Fisika Instrumentasi UIN 2015 yang selama kuliah selalu memberikan semangat dan bantuannya kepada penulis.

8. Teman-teman Fisika UIN 2015 yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang selalu senantiasa memberikan semangat dan bantuannya kepada penulis. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna dikarenakan terbatasnya pengalaman dan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan segala bentuk saran serta masukan bahkan kritik yang membangun dari berbagai pihak yang dapat disampaikan melalui alamat e-mail penulis diahekasavitri09@ge-mail.com. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan semua pihak khususnya dalam bidang instrumentasi.

Jakarta, 03 Januari 2020

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING ... ii

LEMBAR PENGESAHAN UJIAN ... iii

LEMBAR PERNYATAAN ... iii

ABSTRAK ...v

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ...1 Latar Belakang ... 1 Rumusan Masalah ... 5 Batasan Masalah ... 5 Tujuan ... 6 Manfaat ... 6 Sistematika Penulisan ... 7

BAB II KAJIAN PUSTAKA ...8

2.1 Jantung ... 8

x 2.3 Photoplethysmography (PPG) ... 11 2.4 Sensor MAX30102 ... 14 2.5 Termometer ... 17 2.6 Arduino Nano ... 18 2.7 Arduino IDE ... 19 2.8 Bluetooth HC-05 ... 21 2.9 RemoteXY ... 22

2.10 Internet of Things (IoT) ... 23

BAB III METODE PENELITIAN ...25

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 25

3.2 Alat dan Bahan ... 25

3.2.1 Perangkat Keras (Hardware) ... 25

3.2.2 Perangkat Lunak (Software) ... 25

3.3 Tahapan dan Alur Penelitian ... 26

3.4 Tahapan Perancangan Alat ... 28

3.4.1 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) ... 28

3.4.2 Perancangan Perangkat Lunak (Software) ... 29

3.5 Metode Pengambilan Data ... 30

3.6 Metode Pengolahan Data ... 30

xi

3.6.2 Uji Akurasi ... 31

3.6.3 Uji Ketelitian ... 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...32

4.1 Perancangan Hardware ... 32

4.2 Perancangan Software ... 34

4.3 Hasil Pengujian Karakterisasi Perangkat Keras (Hardware) Gelang Pengukur Detak Jantung dan Suhu Tubuh ... 36

4.3.1 Bluetooth HC-05 ... 37

4.3.2 Sensor MAX30102 ... 38

4.4 Hasil Pengujian Gelang Pengukur Detak Jantung dan Suhu Tubuh ... 40

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...46

5.1 Kesimpulan ... 46

5.2 Saran ... 47

DAFTAR PUSTAKA ...48

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Anatomi Fisiologi Jantung ... 9

Gambar 2.2 Jenis-jenis Metode Photoplethysmograph ... 12

Gambar 2.3 Modul Sensor MAX30102 ... 14

Gambar 2.4 Photoplethysmography menggunakan metode Reflectance ... 15

Gambar 2.5 Reaksi Heart Rate (Panjang Gelombang) ... 16

Gambar 2.6 Macam-macam Termometer ... 17

Gambar 2.7 Tampilan Arduino Nano ... 18

Gambar 2.8 Tampilan Software Arduino IDE... 19

Gambar 2.9 Bluetooth Module HC-05 ... 21

Gambar 2.10 Tampilan RemoteXY ... 23

Gambar 2.11 Konsep IoT ... 24

Gambar 3.1 Flowchart Tahapan dan Alur Penelitian ... 26

Gambar 3.2 Desain Perancangan Perangkat Keras (Hardware) ... 28

Gambar 3.3 Flowchart Perancangan Perangkat Lunak (Software) ... 29

Gambar 4.1 Desain Hasil Perancangan Hardware... 32

Gambar 4.2 Tampilan Gelang Pengukur Detak Jantun dan Suhu Tubuh dengan (a) Gelang Sensor (b) Gelang Mikrokontroler dan (c) Tampilan Kedua Gelang pada Pergelangan Tangan ... 33

Gambar 4.3 Tampilan Menu Library Manager ... 35

Gambar 4.4 Tampilan GUI pada Aplikasi RemoteXY... 35

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Karakterisasi Bluetooth HC-05 dengan Sensor MAX30102 dan Pulse Oximetry ... 38

xiii

Gambar 4.6 Grafik Nilai Detak Jantung pada Relawan ... 43 Gambar 4.7 Grafik Nilai Detak Jantung pada Relawan Jika Diperjelas ... 43

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kategori Suhu Tubuh Manusia ... 10

Tabel 2.2 Fitur dan Keuntungan Modul Sensor MAX30102 ... 15

Tabel 2.3 Spesifikasi Board Arduino Nano ... 19

Tabel 2.4 Bagian-bagian Software Arduino IDE ... 20

Tabel 2.5 Spesifikasi Modul Bluetooth HC-05 ... 22

Tabel 4.1 Deskripsi Gelang Pengukur Detak Jantung dan Suhu Tubuh 33 Tabel 4.2 Karakterisasi Bluetooth HC-05 terhadap Jarak ... 37

Tabel 4.3 Karakterisasi sensor MAX30102 dengan Pulse Oximetry ... 39

Tabel 4.4 Karakterisasi sensor MAX30102 dengan Termometer Air Raksa ... 39

Tabel 4.5 Pengolahan Data Detak Jantung (BPM) ... 41

1

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

“Dan sesungguhnya Kami telah menciptakan manusia dan mengetahui apa yang dibisikkan oleh hatinya, dan Kami lebih dekat kepadanya daripada urat lehernya.” (QS Al Qaaf : 16)

Di dalam tubuh manusia terdapat organ-organ yang memiliki peranannya tersendiri, salah satunya adalah jantung. Jantung terletak pada rongga dada sebelah kiri dan merupakan salah satu organ yang berperan dalam sistem peredaran darah yang terdiri dari pembuluh darah arteri dan vena. Jantung yang bekerja sebagai alat pemompa darah menjadi organ yang sangat fatal jika jantung tidak bekerja secara optimal. Kondisi inilah yang dapat menyebabkan terjadinya gangguan jantung yang diakibatkan oleh terhambatnya suplai darah ke otot-otot jantung karena pembuluh darah yang tersumbat ataupun irama denyut jantung yang tidak normal.

Salah satu gangguan jantung yang sering terjadi di masyarakat adalah gangguan irama denyut jantung atau yang biasa disebut dengan aritmia. Aritmia merupakan suatu perubahan mekanisme penghantar impuls listrik irama jantung di luar batas normal yang dapat menyebabkan kelainan pada elektrofisiologi. Pada

2

umumnya, denyut irama jantung normal pada manusia usia dewasa berkisar 60-100 beats per minute (bpm). Namun dalam hal ini, denyut jantung yang terjadi pada dua keadaan yaitu repolarisasi dan depolarisasi nodus sinus mengalami gangguan frekuensi atau yang biasa disebut aritmia. Keadaan ketidaknormalan denyut irama jantung yang berada di atas batas normal yakni >100 bpm termasuk ke dalam jenis gangguan jantung takikardia, sedangkan keadaan tidak normalnya irama jantung yang berada di bawah batas normal yakni <60 bpm disebut bradikardia[1]–[3].

Penyakit yang disebabkan oleh gangguan ataupun ketidak normalan irama jantung diperkirakan dapat mencapai angka 50% kematian di negara-negara berkembang. Gejala-gejala awal yang dapat dirasakan yakni pusing, sesak napas, menurunnya intensitas kemampuan berolahraga bahkan dapat menyebabkan stroke. Pada penelitian yang dilakukan oleh Putri Anggraini, Abdurrahman Wahid, dan Noor Diani menjelaskan bahwa data yang terdapat pada Rumah Sakit Umum Daerah Ulin Banjarmasin pada Januari-Oktober 2015 mencapai 93 pasien dengan 40 pasien menderita aritmia dengan jenis sinus takikardia. Namun, setelah dilakukan penelitian dengan 17 responden dapat dibuktikan bahwa 11 responden mengalami komplikasi aritmia [4]. Hal-hal tersebut dapat dicegah dengan menjaga pola makan yang sehat, mengurangi kadar garam, gula, lemak, menjalani olahraga secara rutin, serta melakukan pemeriksaan dini teratur melalui dokter.

Tindak penanganan kejadian dan penyakit seperti diatas, umumnya para dokter akan melakukan tindakan diagnosa menggunakan alat-alat medis bidang kedokteran. Cara termudah bagi paramedis mendeteksi kondisi kesehatan manusia

3

terlebih jantung adalah menggunakan stetoskop akustik dengan mendengarkan suara tubuh dan jantung manusia. Teknik tersebut dinamakan auskultasi, akan tetapi cara tersebut kurang akurat karena dapat terganggu oleh bunyi sekitar dimana cara ini harus membutuhkan konsentrasi tinggi agar suara detak dapat terdengar. Selain menggunakan stetoskop, paramedis juga memiliki alat medis yang lebih akurat yang dapat mendeteksi secara real time kondisi jantung manusia, yakni Elektrokardiograf (EKG). EKG dalam bidang kedokteran ini hanya dapat digunakan oleh tenaga medis profesional dan berpengalaman pada bidangnya. Alat kedokteran tersebut juga hanya dapat ditemukan di berbagai rumah sakit ataupun klinik kesehatan lainnya. Oleh karena itu, diperlukan suatu alat yang dapat mengukur laju detak jantung secara tepat dan bersifat real time serta dapat dimiliki oleh setiap keluarga sebagai alat pemeriksaan dini [5].

Dengan berkembangnya ilmu dan pengetahuan saat ini, semakin bertambah pesat pula teknologi-teknologi canggih dalam berbagai bidang. Salah satu bidang yang menunjukkan kemajuan teknologinya sangat pesat terdapat pada bidang elektronika medis. Dengan adanya elektronika medis dapat membantu kerja bidang kedokteran dalam mendiagnosa pasien secara cepat dan tepat, seperti salah satu alat yang dapat mengukur detak jantung yaitu pengukur laju detak jantung menggunakan pulse sensor. Alat ini dapat mendiagnosa kondisi normal maupun tidak normalnya detak jantung melalui peletakan alat deteksi atau sensor pada beberapa bagian denyut nadi, yakni di belakang lutut, kunci paha, leher, sisi atas atau bagian dalam kaki, pelipis, pergelangan tangan, atau di bagian arteri dekat kulit dengan hasil keluaran berupa nilai digital bpm. Selain itu, pengukur

4

laju detak jantung ini juga digunakan sebagai monitoring kondisi jantung manusia yang sedang dalam perawatan intensif, perekaman tingkat kegiatan fisik baik dalam bidang olahraga kesehatan maupun terapi agar dapat diperoleh kondisi optimum detak jantung tersebut.

Raka Agung yang merupakan staf pengajar teknik elektro di Fakultas Teknik UNUD melakukan penelitian dengan merealisasikan elektrokardiograf berbasis komputer personal untuk akuisisi data karakterisasi sinyal elektris jantung pada alat elektrokardiograf komersial. Beliau juga melakukan pengujian perancangan perangkat keras menggunakan amplifier dan filter yang bekerja serta tampilan pada komputer yang menunjukkan karakteristik sinyal jantung dalam waktu nyata. Namun berbeda dengan penelitian yang dilakukan oleh Rijal Abdurrohman et al., mereka menggunakan notebook sebagai media pembacaan data sinyal elektrokardiograf yang dikirimkan melalui wi-fi. Sinyal listrik jantung yang disadap menggunakan elektroda akan langsung terbaca oleh modul sensor AD8232 yang selanjutnya akan disimpan datanya menggunakan Wemos D1 mini sebagai jaringan wi-fi. Tujuan penelitian ini adalah membantu kerja dokter dalam menindak lanjuti pemeriksaan EKG yang pengiriman data sinyalnya dapat langsung dikirim menuju notebook di ruangan dokter dengan keamanan privasi yang terjamin karena terenkripsi [6], [7].

Penelitian lainnya yang dilakukan oleh Fajar Ahmad Fauzi mengenai pengukuran laju detak jantung dan suhu tubuh, beliau menggunakan pulse sensor dan sensor LM35 sebagai bahan penelitian yang diintegrasikan dengan Atmega 16 dan ditampilkan melalui lcd [8].

5

Dari penelitian-penelitian sebelumnya tersebut yang melatarbelakangi penulis untuk melakukan pengembangan alat pengukur laju detak jantung yang dilengkapi dengan pendeteksi suhu tubuh berbasis mikrokontroler yang dapat langsung dihubungkan menggunakan bluetooth dengan interface perangkat lunak RemoteXY pada android dan bersifat portable, sehingga sinyal-sinyal yang dihasilkan dari pengukuran terhadap pasien dapat terdeteksi secara real time dalam bentuk digital serta langsung terlihat pada monitor android tanpa harus memeriksakan diri terlebih dahulu ke rumah sakit. Gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh ini dapat diintegrasikan dengan alat yang dapat memberikan respon secara tepat dan cepat terhadap gejala ketidaknormalan jantung.

Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang dipaparkan, dapat ditarik beberapa rumusan masalah, sebagai berikut :

1. Bagaimana merancang dan membangun alat pengukur laju detak jantung dan suhu tubuh manusia menggunakan sensor MAX30102 berbasis Internet o Things (IoT)?

2. Bagaimana cara mengkarakterisasi hardware yang digunakan?

3. Apakah perancangan alat dengan metode tersebut lebih akurat dan lebih baik daripada metode lainnya?

Batasan Masalah

Pada penyusunan tugas akhir ini, permasalahan mengenai perancangan gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh manusia akan dibatasi pada :

6 1. Melakukan pengukuran hanya pada lengan

2. Melakukan pengukuran dengan relawan laki-laki dan perempuan yang berusia 46 tahun, 45 tahun, 22 tahun, 21 tahun, dan 16 tahun.

3. Melakukan analisis perbandingan hasil pengukuran dengan sensor MAX30100 dan Pulse Oximetry

4. Perancangan alat menggunakan Mikrokontroler Arduino Nano, bluetooth HC-05, dan modul sensor MAX30102

Tujuan

Tujuan dari pengembangan alat pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Merancang dan membangun gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh sebagai monitoring kondisi tubuh dengan sensor yang terpasang pada pergelangan tangan menggunakan mikrokontroler.

2. Melakukan karakterisasi pada hardware yang digunakan dalam perancangan alat.

3. Menganalisis hasil pengukuran pada alat yang dibuat dengan alat yang sudah ada menggunakan metode yang berbeda.

Manfaat

Pada penelitian ini, alat yang dibuat diharapkan dapat menjadi solusi alternatif sebagai monitoring kondisi tubuh berbasis mikrokontroler pada pemeriksaan dini melalui aktivitas sehari-hari.

7 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran ringkasan pada skripsi ini, peneliti menyajikan dalam bentuk sistematika penulisan skripsi. Sistem yang digunakan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN, berisi latar belakang, tujuan, batasan masalah,

rumusan masalah, manfaat penelitian, sistematika penulisan.

BAB II KAJIAN PUSTAKA, berisi bab-bab yan mengandung dasar teori

sesuai dengan penelitian yang dilakukan, sehingga dasar teori ini akan menjadi acuan dalam penelitian.

BAB III METODE PENELITIAN, menjelaskan mengenai tempat dan

waktu penelitian, alat dan bahan yang digunakan, tahapan dan alur penelitian, tahapan perancangan alat, metode pengambilan data, dan metode pengolahan data.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN, menyajikan hasil dan

pembahasan berupa hasil rancangan perangkat lunak dan perangkat kerasnya, hasil uji coba alat, hasil rancangan serta pembahasan mengenai hasil rancangan tersebut.

BAB V PENUTUP, berisi tentang kesimpulan penelitian secara

keseluruhan yang telah dilakukan serta saran-saran yang diberikan penulis untuk peneliti selanjutnya.

8

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Jantung

Jantung termasuk ke dalam sistem kardiovaskuler sebagai organ utamanya. Jantung adalah organ otot berongga dan memiliki ukuran sebesar kepalan tangan. Ukuran jantung dewasa panjangnya kira-kira 12 cm dengan lebar 8-9 cm serta tebal kira-kira 6 cm. Jantung memiliki berat sekitar 7-15 ons atau 200 sampai 425 gram dan sedikit lebih besar dari kepalan tangan. Jantung terletak diantara paru-paru dan berada ditengah dada, bertumpu pada diaphragma thoracis. Selaput yang membungkus jantung disebut perikardium dimana terdiri antara lapisan fibrosa dan serosa. Epikardium adalah lapisan paling luar dari jantung. Pada setiap harinya, jantung berdetak sebanyak 100.000 kali dan dalam masa periode itu jantung memompa 2.000 galon darah atau sekitar 7.571 liter darah.

Jantung merupakan organ tubuh manusia yang dapat menghasilkan muatan listrik dan berfungsi untuk memompa darah ke seluruh tubuh melalui pembuluh darah (arteri dan vena) dengan kontraksi jantung berulang dan berirama. Pembuluh arteri memiliki gelombang yang dapat teraba jika arteri melintasi tulang dekat permukaan kulit melalui pemompaan darah oleh jantung yang disebut dengan denyut nadi. Denyut nadi yang di lewati oleh arteri radialis terdapat di bagian depan pergelangan tangan, arteri temporalis pada bagian atas tulang temporal, serta arteri dorsalis pedis pada bagian siku mata kaki. Jantung dibentuk

9

oleh organ-organ muscular, apex dan basis cordis, serambi kanan dan kiri serta bilik kanan dan kiri [9].

Pada bagian serambi kanan atas, jantung memiliki alat pacu alami bernama simpul Sino Atrial (SA). Nodus SA menciptakan listrik yang membuat jantung dapat berdetak serta menghasilkan sinyal listrik normal sebesar 60-100 bpm. Dengan otot jantung yang berkontraksi akan menghasilkan arus listrik ataupun konduksi jantung serta ritme jantung yang dapat di kontrol karena rangsangan elektrik yang akan berjalan dari arah Sino Atrial (SA) node menuju ke Atriventrikular (AV) node dan selanjutnya menuju ke bundle of his yang akan bercabang di serat purkinje menuju ujung masing-masing ventrikel [10].

Metode yang dapat dilakukan untuk mengukur laju detak jantung seperti elektrokardiogram (EKG), Photoplethysmography (PPG), Phonocardiogram (PCG), maupun Auskultasi [11].

Gambar 2.1 Anatomi Fisiologi Jantung [12]

2.2 Suhu

Suhu merupakan sebuah unit panas yang biasa disebut derajat untuk mengukur keadaan panas atau dinginnya suatu substansi. Suhu tubuh diperoleh dari keseimbangan antara produksi dan pengeluaran panas dari tubuh yang hilang

10

ke lingkungan. Manusia memiliki suhu tubuh normal yang berkisar antara 36°C hingga 37,5°C yang dapat diukur pada beberapa bagian anggota tubuh, misalnya ketiak, telinga, mulut, dahi, leher, dan dubur. Dalam keadaan beraktivitas, sistem pengontrolan suhu dalam tubuh manusia akan tetap menjaga suhu utama pada nilai yang relatif konstan, meskipun suhu di luar tubuh berfluktuasi. Suhu tubuh akan tetap bergantung pada aliran darah menuju kulit yang diimbangi dengan suhu panas di lingkungan luar. Tubuh manusia memiliki suhu tubuh rata-rata untuk mengontrol suhu agar tetap normal sebesar 35°C [13], [14].

Tabel 2.1 Kategori Suhu Tubuh Manusia

KATEGORI

Hipotermia Normal Febris/Pireksia Hipertermia

<36°C 36°C-37,5°C 37,5°C-40°C >40°C

Hipotermia merupakan kondisi saat suhu tubuh berada di titik bawah normal, sedangkan hipertemia merupakan kondisi saat suhu tubuh berada di atas titik normal. Pada dua kondisi tubuh tersebut, artinya tubuh manusia sedang mengalami kelainan pada sistem termoregulasi (sistem pengaturan adaptasi suhu tubuh terhadap lingkungan). Febris atau pireksia merupakan kondisi tubuh saat suhu berkisar antara 37,5°C-40°C. Suhu tubuh mempunya korelasi positif pada proporsi langsung dengan jumlah panas yang disimpan dalam tubuh. Ketika jumlah panas yang disimpan dalam tubuh meningkat maka suhu tubuh akan meningkat pula, seperti pada saat tubuh sedang demam ataupun sedang melakukan aktivitas fisik yang berat (olahraga). Ketika panas yang disimpan

11

mengalami penurunan, maka kondisi suhu tubuh pun akan mengalami penurunan pula [15], [16].

2.3 Photoplethysmography (PPG)

Salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengukur laju detak jantung adalah menggunakan metode Photoplethysmography (PPG). Photoplethysmography (PPG) merupakan metode optik sederhana yang dapat mendeteksi perubahan volume darah dari pemompaan jantung secara non-invasive. Metode PPG ini membutuhkan cahaya dengan panjang gelombang yang dapat disesuaikan sehingga photodetektor akan mengubah radiasi gelombang cahaya menjadi sama dengan perubahan pada volume darah yang mengalir. LED merah memancarkan gelombang cahaya menuju darah yang akan diserap sebagian oleh hemoglobin pada darah, sedangkan sisa dari gelombang cahaya akan diteruskan dan diterima oleh photodetektor. Sisa gelombang cahaya selanjutnya dibandingkan dengan nilai awal gelombang cahaya dari sebelum diserap darah. Pada setiap pemompaan darah oleh jantung ke seluruh tubuh, denyut jantung pun akan ikut terjadi disertai gelombang pulsa yang merambat melewati pembuluh arteri hingga ke ujung pembuluh kapiler. Photoplethysmogram adalah sinyal yang dihasilkan dari sensor yang menggunakan metode Photoplethysmograph (PPG) yang berbentuk gelombang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2 dibawah ini [17].

12

Gambar 2.2 Jenis-jenis Metode Photoplethysmograph [18]

Di dalam metode pengukuran Photoplethysmpgraph, hukum Lambert-Beer menjadi landasan dalam metode ini yang berbunyi “jumlah radiasi cahaya tampak yang diserap atau ditransmisikan oleh suatu larutan merupakan suatu fungsi eksponen dari konsentrasi zat dan tebal larutan”. Intensitas cahaya berperan dalam pengiriman cahaya-cahaya yang masuk menuju suatu titik tertentu dengan satuan waktu. Intensitas cahaya dibagi menjadi dua, yakni intensitas cahaya yang datang menuju bahan uji atau jari tangan dinamakan dengan 𝐼_𝑜 atau intensitas cahaya awal. Sedangkan untuk intensitas cahaya hasil dari pantulan ataupun penerusan cahaya oleh bahan uji dinamakan dengan 𝐼𝑡 atau intensitas cahaya

akhir. Menurut hukum Lambert-Beer, hubungan antara transmitansi dengan intensitas cahaya ditunjukkan dengan rumus sebagai berikut [19]:

𝑅 = 𝐼𝑡 𝐼𝑜= 10 −𝑎𝑏𝑐 ₍₁₎ 𝑇 = 1 −𝐼𝑡 𝐼𝑜 (2) 𝐴 = log 𝑇 = 𝐼𝑡 𝐼𝑜= −𝑎𝑏𝑐 (3) Dengan keterangan : 𝑅 = Reflektansi 𝑇 = Transmitansi

𝐼𝑜 = Intensitas cahaya datang

𝐼_𝑡 = Intensitas cahaya akhir yang diteruskan 𝑎 = Tetapan absorptivitas

𝑏 = Jarak tempuhh optik 𝑐 = Konsentrasi

13 𝐴 = Absorptivitas

Absorptivitas (A) merupakan suatu konstanta yang bergantung pada struktur molekul, pelarut, suhu, dan panjang gelombang pancar radiasi serta mengabaikan konsentrasi, intensitras radiasi, dan tebal kuvet [20].

Terdapat dua jenis pengukuran Photoplethysmographhy, yakni secaraf reflectance dan transmittance. Photoplethysmographhy secara transmittance menggunakan sensor cahaya sebagai media pembaca perubahan volume darah yang kemudian akan diteruskan gelombang tersebut akan diteruskan menuju ke photodetector yang terletak berhadapan dengan LED. Pada perangkat medis seperti rumah sakit dan klinik, umumnya menggunakan sensor dengan metode transmittance karena cenderung lebih akurat. Namun, kelemahan yang dimiliki dari penggunaan metode tersebut adalah ketidak nyamanannya pasien karena sensor yang harus diletakkan terjepit pada jari dan kurang cocok untuk pemantauan berkala karena terhalang mobilitas.

Berbeda dengan transmittance, Photoplethysmographhy secara reflectance akan memantulkan sinar LED dengan hasil gelombang yang didapatkan dari perubahan volume darah menuju ke Photodetector yang kemudian akan di tindak lanjuti melalui mikrokontroler arduino. Metode ini dapat digunakan pada area yang lebih luas dan mobilitas yang lebih besar. Seperti yang digunakan pada rumah sakit, metode ini masih cukup banyak digunakan karena sistem mobilitas peletakan sensor yang lebih besar dan kenyamanan pasien seperti pada ruang NICU (Neuroslogy Intensive Care Unit) dengan hasil penerimaan jumlah cahaya

14

utuh oleh photodetector lebih sedikit jika dibandingkan dengan metode transmittance [21].

2.4 Sensor MAX30102

Gambar 2.3 Modul Sensor MAX30102 [22]

Modul sensor MAX30102 merupakan salah satu jenis sensor yang dapat mendeteksi laju detak jantung sekaligus suhu tubuh manusia yang di produksi oleh Maxim Integrated. Seperti yang terlihat pada gambar 2.3 di atas, sensor ini memiliki sumber LED merah dan inframerah dengan dilengkapi photodetector yang letaknya bersebelahan serta memiliki noise yang rendah dengan penolakan cahaya di sekitar sensor. Pada umumnya, sensor MAX30102 digunakan sebagai perangkat asisten kebugaran unuk memonitoring secara berkala kondisi tubuh selama proses olahraga yang melalui interface smartphone, tablet, maupun perangkat-perangkat yang dapat menunjang sensor tersebut.

MAX30102 beroperasi pada catu daya tunggal sebesar 1,8V dan catu daya 3,3V yang terpisah untuk LED internal. Modul sensor ini dilengkapi dengan I2C sebagai antarmuka standar yang kompatibel antara perangkat seluler dengan mikrokontroler. Modul ini dapat dimatikan melalui perangkat lunak (software) dengan arus siaga nol dan memungkinkan daya tetap menyala setiap saat.

15

Tabel 2.2 Fitur dan Keuntungan Modul Sensor MAX30102 Fitur dan Keuntungan

Monitor detak jantung dan sensor Pulse Oximeter dalam solusi Refleksi LED

Berukuran 5.6mm x 3.3mm x 1.55mm modul optik 14 pin yang dilapisi kaca penutup untuk kinerja yang kuat dan optimal

Operasi daya Ultra-Low untuk perangkat seluler

 Sample Rate yang dapat diprogram dengan arus pada LED untuk penghematan daya

 Monitor detak jantung berdaya rendah (<1mW)

 Arus mati sangat rendah (0.7μA, typ) Kemampuan keluaran data yang cepat

 Sample rates yang tinggi

Ketahanan terhadap Motion Artifact yang kuat

 High SNR

Rentang temperatur operasi sebesar -40°C sampai dengan +85°C

Gambar 2.4 Photoplethysmography menggunakan metode Reflectance [23] Sensor ini dibuat menggunakan LED infrared dan photodiode menggunakan metode reflektifitas. Pada gambar 2.4 di atas, LED akan memancarkan sinyal cahaya yang dapat menembus pembuluh kapiler pada kulit yang digunakan sebagai permukaan reflektif. Proses pemompaan darah oleh jantung akan mengalirkan darah menuju pembuluh arteri besar hingga kecil, seperti pada ujung jari. Jika terdapat perubahan intensitas cahaya karena

16

terjadinya pemompaan darah ke seluruh tubuh oleh jantung, disitulah photodiode akan menangkap perubahan volume darah atau dengan kata lain kepadatan darah meningkat melalui pantulan sinar infrared yang di lewatinya. Photodiode akan mengirimkan sinyal analog dari perubahan intensitas cahaya tersebut menuju arduino yang akan diproses lebih lanjut agar didapatkan nilai laju detak jantung secara real time [24]. Berbeda dengan pengukuran suhu tubuh, LED merah pada sensor tidak berfungsi bila sensor di program untuk mengukur suhu tubuh. Hal tersebut terjadi karena pengukuran temperatur hanya membutuhkan pendeteksian suhu sekitar sensor ataupun suhu saat terdapat benda yang mendekat ataupun menempel padanya.

Hasil keluaran sensor ini berupa nilai digital laju detak jantung dengan satuan bpm dan suhu tubuh dengan satuan celcius ataupun kelvin. Pada gambar 2.5 di bawah ini, pulse wave event menunjukkan aktivitas depolarisasi dan dichrotic notch menunjukkan aktivitas repolarisasi dengan peningkatan kecil dan singkat dalam tekanan darah arteri yang muncul ketika katup aorta menutup.

Gambar 2.5 Reaksi Heart Rate (Panjang Gelombang) [25]

Keadaan normal atau tidaknya suatu jantung dapat diukur mealui irama jantung dalam satuan waktu yang dinyatakan dalam beat per menit (BPM) dan dikategorikan dalam beberapa tipe, yakni sebagai berikut [26]:

17 1. Normal

Laju detak jantung berkisar antara 60 – 100 bpm 2. Bradikardia

Laju detak jantung melambat kurang dari 60 bpm 3. Takikardia

Laju detak jatntung meningkat melebihi 100 bpm

2.5 Termometer

Gambar 2.6 Macam-macam Termometer [27]

Lingkungan dan tubuh manusia memiliki kondisi temperatur yang berbeda. Pengukuran temperatur keduanya dapat dilakukan dengan menggunakan satu alat, yakni termometer. Termometer merupakan suatu alat ukur yang dapat mendeteksi aktivitas perubahan suhu yang terjadi pada lingkungan maupun tubuh manusia. Pengukuran pada tubuh manusia dapat dilakukan hanya dengan meletakkan penghantar panas pada ujung termometer dengan permukaan kulit seperti ketiak, telinga, mulut, siku tangan, dan siku kaki sehingga pada beberapa detik kemudian besarnya kondisi tubuh dapat terdeteksi pada lcd maupun tingginya air raksa ataupun alkohol. Termometer yang terdapat dipasaran dan sudah digunakan oleh kebanyakan orang sebagai keperluan medis di rumah sakit,

18

alat ukur penelitian pada laboratorium, serta monitoring dini kondisi tubuh pada setiap keluarga. Beberapa jenis termometer yang sering digunakan yakni, termometer air raksa, termometer alkohol, dan termometer digital.

2.6 Arduino Nano

Gambar 2.7 Tampilan Arduino Nano [28]

Arduino Nano merupakan sebuah sistem fisik yang interaktif dengan penggunaan software dan hardware yang dapat mendeteksi serta merespon situasi dan kondisi yang ada di dunia nyata. Board yang diproduksi oleh Gravitech ini adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open-source dengan ukuran kecil yang membuat board ini menjadi populer di kalangan masyakarat. Arduino Nano adalah board berbasis mikrokontroler Atmega 328 ataupun Atmega168 yang memiliki 14 pin digital input dan output (6 pin digunakan sebagai output PWM), koneksi menggunakan USB, osilator kristal sebesar 16 MHz, sebuah ISP header, serta tombol reset seperti yang terlihat pada gambar 2.7 di atas. Namun, Arduino Nano ini tidak memiliki port untuk power DC sehingga hanya bekerja dengan Mini-B USB cable. Berikut dibawah ini merupakan spesifikasi Arduino Nano, antara lain [29], [30]:

19 Tabel 2.3 Spesifikasi Board Arduino Nano

Mikrokontroler Atmega328 atau Atmega168

Tegangan Input (disarankan) 7 – 12V

Tegangan Input (limit) 6 – 20V

Tegangan Operasi 5V

Pin Input Analog 8

Pin I/O Digital 14

Pin I/O Digital untuk PWM 6

Arus DC per pin I/O 40mA

Flash Memory 16 KB (Atmega168) atau 32 KB

(Atmega328)

SRAM 1 KB (Atmega168) atau 2 KB

(Atmega328)

EEPROM 512 Bytes (Atmega168) atau 1 KB

(Atmega328) Clock Speed 16 MHz Dimensi 0,73 cm x 1,70 cm Panjang 45 mm Berat 5 gr Lebar 18 mm 2.7 Arduino IDE

20

Arduino IDE (Integrated Development Environment) merupakan tampilan perangkat lunak bawaan arduino yang digunakan sebagai awal dari pemrosesan program. Software ini berfungsi sebagai pembuat program, pembuka program, serta proses-proses editing hingga tidak ada error dan perangkat keras dapat berjalan. Pada gambar 2.8, tampilan IDE disebut sebagai sketch, merupakan source code yang berisi program-program tertulis dengan algoritma dan logika yang akan dijalankan melalui ikon button compile and run. Dengan software arduino ini, semua pemrograman mikrokontroler akan secara otomatis diterjemahkan ke dalam pemrograman bahasa C. Dalam penggunaannya, pengguna juga dimudahkan dengan berbagai examples untuk bermacam-macam jenis program dengan sensor berbeda serta libraries dari setiap sensor yang memiliki program bawaannya tersendiri.

Terdapat menu-menu bagian di dalam isi perangkat lunak tersebut, diantaranya adalah :

Tabel 2.4 Bagian-bagian Software Arduino IDE Nama Bagian Keterangan

Compile Langkah awal untuk mendeteksi terlebih dahulu program yang dibuat pada suatu sketch, apakah terjadi kesalahan/error atau tidak

Upload/Run Berfungsi sebagai tombol untuk menjalankan sketch program ke papan arduino. Namun, tombol ini memiliki kelebihan yang dapat sekaligus melakukan compiling serta jalannya program Serial Monitor Sebagai interface komunikasi serial dalam bentuk digital Serial Plotter Sebagai interface komunikasi serial dalam bentuk sinyal analog

New Membuat sketch baru

Save Menyimpan sketch yang telah dibuat dalam bentuk .ino Open Membuka sketch yang pernah dibuat

21

Port Penentuan port yang akan digunakan oleh papan arduino

Board Penentuan jenis arduino yang akan digunakan (Uno, Nano, Mega, dan sebagainya)

Include Library Pemilihan library dari sensor yang akan dimasukkan ke dalam pemograman pada board arduino

2.8 Bluetooth HC-05

Teknologi bluetooth sejak tahun 1994 telah dianggap sebagai media alternatif nirkabel untuk bertukar data menggunakan transmisi radio. Sehingga pada saat ini, teknologi bluetooth merupakan tipe teknologi komunikasi wireless tanpa kabel dan beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz unlicensed ISM (Industrial,Scientific, and Medical). Bluetooth digunakan untuk komunikasi gelombang radio dengan jarak pendek antar tipe devices yang berbeda, mobile phones, maupun jenis elektronik lainnya [17], [31].

Gambar 2.9 Bluetooth Module HC-05 [32]

Modul bluetooth HC-05 memiliki spesifikasi global dengan bentuk yang kecil, biaya rendah, solusi gelombang radio yang menyediakan tautan antar kompuer, ponsel, dan perangkat portable lainnya sebaik konektivitas melalui internet. Modul ini memiliki kecepatan data sebesar 1 Mbps dan memiliki ukuran

22

modul sebesar 9mm x 9mm sehingga dapat terpasang pada komputer, printer, ponsel, dan sebagainya. Sebagai komunikasi wireless, modul ini dapat menjangkau jarak pengiriman dan penerimaan data sejauh 10m dengan daya pancar sebesar 1m watt. Namun, jika tanpa penghalang jarak tersebut dapat diperpanjang hingga 100m dengan daya pancar meningkat hingga 100m watt. Berikut dibawah ini terdapat beberapa spesifikasi modul bluetooth HC-05, antara lain [33]:

Tabel 2.5 Spesifikasi Modul Bluetooth HC-05

Fitur Keuntungan

Typical -80dBm sensitivity Mudah digunakan

Up to +4dBm RF transmit power No LOS (Line of Sight) untuk transfer data

Low power 1.8V Operation, 1.8 sampai 3.6V I/O

Konsumsi daya rendah

PIO control Frekuensi radio 2.4 GHz

UART interface with programmable baud rate

Kecepatan data tinggi sekitr 3Mbps

Integrated antena

Default baud rate 38400, data bits 8, stop bit 1, no parity, has data control

Supported baud rate : 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800

2.9 RemoteXY

Salah satu aplikasi dukungan arduino yang digunakan untuk membuat serta menjalankan program dan mengelolanya melalui graphical user interface (GUI) adalah RemoteXY. Perangkat-perangkat yang didukung selain arduino oleh

23

RemoteXY antara lain ESP8266, ESP32, android, iOS, bluetooth (05 dan HC-06), Wi-Fi, Ethernet, USB, serta jaringan internet dari manapun.

Terdapat dua tahap sistem untuk mengelola RemoteXY ini yaitu membuat desain board yang akan ditampilkan pada perangkat seluler (smartphone) menggunakan menu toolbar Editor. Menu-menu yang terdapat pada Editor meliputi Controls (Button, Switch, Select, Slider, Joystick, RGB Color, dan Edit Field), Indication ( LED, Linear level, Arc level, Linear division level, Arc division level, Text String, Online graph), serta Decoration (Label, Panel, dan Page).

Gambar 2.10 Tampilan RemoteXY

2.10 Internet of Things (IoT)

Internet of Things (IoT) merupakan sebuah teknologi komunikasi dengan koneksi jaringan global yang berinteraksi dengan memanfaatkan jaringan internet tanpa interaksi manusia dengan manusia atau manusia dengan komputer. Elemen utama yang terdapat pada IoT terdiri dari koneksi internet sebagai media komunikasi, bentuk fisik seperti modul sensor, nirkabel, maupun kode QR sebagai media media pengumpulan data, serta pusat data pada server untuk menyimpan

24

data. Dengan ketiga elemen tersebut, IoT dapat dengan mudah mengidentifikasi objek dan modul sensor, serta kemampuan koneksi sebagai aplikasi koperatif [35], [36].

Gambar 2.11 Konsep IoT [36]

Internet of Things (IoT) bekerja dengan memanfaatkan setiap perintah pemrograman untuk mendapatkan sebuah interaksi sesama mesin secara otomais dalam cakupan jarak berapapun. Implementasi yang dapat diterapkan menggunakan IoT terdapat pada beberapa bidang, diantaranya pada bidang keamanan yang memanfaatkan internet untuk mengontrol rumah, jalan, dan gedung melalui CCTV. Sedangkan pada bidang properti, dimanfaatkan melalui eskalator, sistem pendingin, sistem kemanan, kelistrikan, administrasi dengan menghubungkannya lewat internet yang dapat dikontrol dimana saja. Dalam bidang medis dan kedokteran, IoT dimanfaatkan sebagai pengontrol kondisi pasien melalui sensor detak jantung dan sensor lainnya yang langsung terhubung ke ruang pusat kontrol secara otomatis [37].

25

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan selama dua bulan, terhitung dari tanggal 17 September 2019 – 31 November 2019 yang bertempat di gedung Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.

3.2 Alat dan Bahan

Dalam perancangan gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh digunakan beberapa alat dan bahan untuk merancang perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu :

3.2.1 Perangkat Keras (Hardware)

Pada perancangan gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh manusia digunakan beberapa peralatan dan komponen yang menunjang pembuatan perangkat keras ini diantaranya adalah Arduino Nano, laptop, sensor MAX30102, project board, resistor 4.7kΩ, kabel male-female, kabel male-male, baterai 2200mAh, dan USB cable serial A/B.

3.2.2 Perangkat Lunak (Software)

Pada perancangan gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh manusia digunakan dua perangkat lunak (software) sebagai media interface antara lain Arduino IDE dan RemoteXY.

26

3.3 Tahapan dan Alur Penelitian

Gambar 3.1Flowchart Tahapan dan Alur Penelitian

Pada permulaan penelitian, peneliti mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dalam penelitian, studi pustaka beberapa buku, jurnal serta tugas akhir yang berhubungan dengan alat pengukur laju detak jantung dan suhu tubuh.

27

Setelah mempersiapkan semua alat, bahan serta studi pustaka yang diperlukan, peneliti melakukan karakterisasi data dari sensor MAX30102 yang akan digunakan sebagai kalibrasi data, ketepatan pembacaan data, serta sensitivitas sensor serta karakterisasi bluetooth HC-05 sebagai batasan seberapa jauh jangkauan pembacaan modul bluetooth HC-05.

Pada tahap pembuatan perangkat keras (hardware), peneliti mulai menyusun rancangan yang terdiri dari sensor MAX30102, bluetooth HC-05, satu set arduino beserta PC, mobile phone untuk menampilkan data. Perancangan perangkat keras harus diimbangi dengan perancangan perangkat lunak agar pengujian dapat dilakukan sehingga menghasilkan data yang sesuai pada android. Pada perancangan perangkat lunak, peneliti melakukan perancangan Graphical User Interface (GUI) pada aplikasi RemoteXY yang di sinkronisasi dengan Arduino IDE.

Setelah perancangan dan pengujian telah dilaksanakan, data yang diperoleh akan di analisis untuk mengetahui kondisi jantung dan suhu tubuh dalam keadaan normal ataupun tidak, kesesuaian perancangan alat dengan alat konvensional yang sudah ada, serta mengetahui nilai kesalahan yang terjadi saat pembuatan dan pengujian alat.

28

3.4 Tahapan Perancangan Alat

3.4.1 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)

Gambar 3.2 Desain Perancangan Perangkat Keras (Hardware)

Perancangan perangkat keras (hardware) membutuhkan tubuh manusia sebagai bahan uji dari perangkat keras yang dibuat menggunakan sensor MAX30102, Arduino Nano, serta bluetooth HC-05. Oleh karena itu, dalam hal ini tubuh manusia memiliki peranan utama dalam pembuatan perangkat keras ini. Setelah bahan uji tersedia, dilakukan pemasangan perangkat keras buatan peneliti pada salah satu lengan dengan keadaan mati. Pengukuran dilakukan sesaat sebelum melakukan aktivitas dan sesaat setelah melakukan aktivitas. Pembacaan data analog yang diterima oleh photodetector akan dikirimkan menuju arduino melalui LED merah dan infrared setelah dilakukan proses Analog to Digital Converter (ADC) menggunakan software Arduino IDE. Setelah pengiriman data menuju mikrokontroler berhasil, modul bluetooth HC-05 akan digunakan sebagai interface mikrokontroler menuju android. Sehingga, data tampilan yang terdapat pada android sudah berupa nilai digital suhu dengan satuan °C dan bpm. Setelah penerimaan data ke dalam mikrokontroler dan android berhasil, dilakukan analisis data untuk membandingkan dengan alat konvensional dan menganalisis apakah keadaan jantung dan tubuh dalam kondisi normal ataupun tidak.

29

3.4.2 Perancangan Perangkat Lunak (Software)

Gambar 3.3 Flowchart Perancangan Perangkat Lunak (Software)

Pada tahapan perancangan perangkat lunak (software), program akan berjalan jika peneliti melakukan instalasi library sensor MAX30102 dan aplikasi RemoteXY pada menu include library pada Arduino IDE. Arduino berperan sebagai perangkat yang menerima hasil keluaran sensor dan harus dilengkapi

30

dengan program yang didapat setelah membuat tampilan GUI pada situs aplikasi resmi RemoteXY sebagai interface dan menginput source code menggunakan Arduino IDE. Setelah melakukan pembuatan program pada software Arduino IDE, diperlukan konektivitas bluetooth antara android dengan modul bluetooth yang akan menghubungkan mikrokontroler dengan RemoteXY sebagai perangkat pembacaan data keluaran sensor. Ketika perangkat komunikasi tak terkoneksi, diperlukan pendeteksian ulang terhadap perangkat keras yang digunakan.

3.5 Metode Pengambilan Data

Pengambilan data untuk alat pengukur laju detak jantung ini menggunakan lengan sebagai media yang telah dilengkapi rangkaian mikrokontroler dengan sensor yang terpasang menempel pada kulit, yang bertujuan agar sensor dapat langsung membaca perubahan volume darah yang mengalir melalui cahaya merah pada MAX30102 dan dapat membaca perubahan suhu tubuh yang terjadi. Pengambilan data dilakukan pada responden dengan menghidupkan rangkaian mikrokontroler dan menghubungkan konektivitas bluetooth dengan android. Data akan langsung terbaca pada tampilan aplikasi apabila konektivitas antara keduanya telah terhubung.

3.6 Metode Pengolahan Data

Pada pembuatan alat ini, terdapat beberapa tahap pengolahan data, diantaranya adalah :

31

3.6.1 Perhitungan Statistik

Pada pengolahan data menggunakan perhitungan statistik, dilakukan perhitungan nilai rata-rata untuk menentukan standar deviasi data yang ada [38].

𝑥̅ =

_𝑛1

∑

𝑛_𝑖=1

𝑥

_𝑖

(4)

𝑠 = √

∑𝑛𝑖=1(𝑥𝑖−𝑥̅)2

𝑛−1

(5)

3.6.2 Uji Akurasi

Akurasi merupakan titik ukur yang menunjukkan derajat kedekatan hasil analisis dengan analit yang sebenarnya. Untuk mengetahui hasil keadaan perancangan alat dapat ditentukan melalui tingkat akurasi yang dibandingkan dengan alat konvensional yang sudah ada, dengan persamaan sebagai berikut : %𝐴𝑘𝑢𝑟𝑎𝑠𝑖 = 100% − |ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑎𝑙𝑎𝑡 𝑘𝑜𝑛𝑣𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙−ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑎𝑙𝑎𝑡 𝑝𝑒𝑟𝑎𝑛𝑐𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛_{ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑎𝑙𝑎𝑡 𝑘𝑜𝑛𝑣𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙} | 𝑥100%

(6)

3.6.3 Uji Ketelitian

Pada setiap pengukuran, diperlukan perhitungan hasil kesalahan pengujian serta ketelitiannya sebagai pengukur tingkat keberhasilan alat dengan persamaan sebagai berikut : 𝐾𝑒𝑡𝑒𝑙𝑖𝑡𝑖𝑎𝑛 = (1 − |𝑋𝑛−𝑋̅𝑛 𝑋̅𝑛 |) 𝑥100% (7) Keterangan : 𝑥̅ = rata-rata 𝑠 = standar deviasi 𝑥_𝑖 = nilai sampel ke-i 𝑋_𝑛 = data ke-n 𝑋̅𝑛 = rata-rata

32

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh manusia ini bertujuan untuk mengukur jumlah denyut nadi per menit dan kondisi temperatur tubuh sebagai monitoring dini kondisi tubuh dalam keadaan normal atau tidak.

Dalam proses pembuatannya, peneliti melakukan dua tahap perancangan yakni perancangan hardware dan perancangan software. Berikut di bawah ini adalah hasil perancangan antara keduanya.

4.1 Perancangan Hardware

Perancangan hardware dalam penelitian ini akan menghasilkan nilai detak jantung dalam satuan bpm dan nilai temperatur dalam satuan (°C). Komponen-komponen yang terdapat di dalam perangkat keras (hardware) gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh ini meliputi modul sensor MAX30102, Arduino Nano, modul bluetooth HC-05, resistor 4.7kΩ, baterai 2200 mAh, kabel jumper, serta kabel USB tipe mini. Berikut di bawah ini merupakan desain hasil perancangan perangkat keras (hardware), deskripsi, dan tampilan gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh, antara lain :

33

Tabel 4.1 Deskripsi Gelang Pengukur Detak Jantung dan Suhu Tubuh

Jenis Gelang Sensor Gelang Mikrokontroler

Berat 6 gr 75 gr

Dimensi (P x L x T) 3,39 cm x 2,7 cm x 0,6 cm 10,6 cm x 4,95 cm x 2,3 cm Material Filament Polylactid Acid Filament Polylactid Acid

Input Voltage 5V

Connection Jumper Kabel USB Mini

Power Supply Baterai 2200 mAh

Terlihat pada gambar 4.1, baterai digunakan sebagai power supply untuk memudahkan penggunaan alat tanpa harus memerlukan kabel USB, sedangkan kabel USB digunakan untuk pengisian ulang baterai. Pada pin SDA dan SCL sensor MAX30102 diberikan masing-masing resistor senilai 4.7kΩ yang disambungkan dengan pin input Vcc sebagai pull-up agar keluaran dari sensor dapat terbaca.

(a) (b)

(c)

Gambar 4.2 Tampilan Gelang Pengukur Detak Jantun dan Suhu Tubuh dengan (a) Gelang Sensor (b) Gelang Mikrokontroler dan (c) Tampilan Kedua Gelang pada

34

Pada gambar 4.2, terlihat tampilan perancangan gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh dengan dua gelang. Gelang sensor (a) yang berisi sensor MAX30102 dibuat secara terpisah bertujuan agar mengurangi gangguan (noise) baik dari intensitas cahaya luar maupun gangguan lainnya. Sedangkan gelang (b) yang berisi mikrokontroler dibuat secara terbuka dengan lentur bertujuan agar bentuk gelang mengikuti bentuk lengan serta memudahkan untuk dilakukan pengecekan jika terjadi masalah pada proses jalannya program. Meskipun power supply yang digunakan pada perancangan gelang ini menggunakan baterai, memungkinkan pula gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh ini menggunakan kabel USB mini yang terdapat pada mikrokontroler Arduino Nano untuk berkomunikasi secara langsung dengan software Arduino IDE pada laptop.

4.2 Perancangan Software

Perancangan perangkat lunak (software) gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh manusia ini menggunakan dua aplikasi yaitu software Arduino IDE dan RemoteXY sebagai tampilannya.

Sebelum program pada software Arduino IDE dibuat, terlebih dahulu dilakukan penginstalan library untuk sensor MAX30102 dan RemoteXY pada menu library manager pada Arduino IDE seperti yang terdapat pada gambar di bawah ini.

35

Gambar 4.3 Tampilan Menu Library Manager

Setelah proses pembuatan program pada software Arduino IDE selesai, langkah selanjutnya adalah membuat tampilan Graphical User Interface (GUI) pada aplikasi RemoteXY yang digunakan sebagai interface antara mikrokontroler dan android untuk perancangan gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh ini. Berikut di bawah ini merupakan hasil perancangan tampilan GUI pada aplikasi RemoteXY.

Gambar 4.4 Tampilan GUI pada Aplikasi RemoteXY

Tampilan GUI pada RemoteXY merupakan desain dalam bentuk gambar dan label yang nantinya akan didapatkan source code setelah menyelesaikan

36

proses pembuatan tampilan, sedangkan proses pembuatan pemrograman pada Arduino IDE dilakukan setelah menerima kode dari aplikasi. Dapat dilihat pada gambar 4.4 terdapat beberapa indikator utama dan indikator pendamping. Indikator utama pada aplikasi ini adalah indikator Heart Rate dengan satuan bpm yang di lengkapi nilai digital dan arc level serta indikator temperatur yang ditunjukkan oleh nilai digital dengan satuan celcius. Pada sisi kiri atas, terdapat indikator pendamping berupa LED merah, hijau, dan biru yang menunjukkan fungsi jantung sedang dalam keadaan normal ataupun tidak. Jika jantung berdetak lebih dari 100 bpm maka LED merah akan menyala menandakan bahwa kondisi jantung mengalami kelainan dengan jenis tachycardia. Begitupun dengan bradycardia, jika jantung berdetak kurang dari 60 bpm maka LED biru akan menyala. Namun, jika jantung dalam keadaan normal maka LED hijau yang akan menyala menandakan bahwa jantung berdetak sebanyak 60-100 bpm.

Pada sisi kanan atas, terdapat indikator pendamping pula yang menunjukkan pilihan. Pilihan yang dimaksudkan adalah jika ingin melakukan pengukuran heart rate maka bisa menekan switch untuk pilihan A, namun jika ingin melakukan pengukuran suhu tubuh maka bisa menekan switch pada pilihan B.

4.3 Hasil Pengujian Karakterisasi Perangkat Keras (Hardware) Gelang Pengukur Detak Jantung dan Suhu Tubuh

Karakterisasi perangkat keras (Hardware) pada perancangan alat tersebut dilakukan dengan komponen modul bluetooth HC-05 dan modul sensor

37

MAX30102. Pengujian karakterisasi perangkat keras ini dilakukan agar dapat ditentukan nilai batasan yang dicakup oleh setiap modul.

4.3.1 Bluetooth HC-05

Pengujian karakterisasi bluetooth HC-05 dilakukan dengan cara mengukur batas jangkauan pembacaan data yang diterima oleh android serta membandingkannya dengan pulse oximetry dan termometer. Android akan dijauhkan dengan gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh, pulse oximetry, dan termometer sesuai dengan jarak yang telah ditentukan hingga android tidak dapat lagi membaca data yang dikirim dari bluetooth HC-05. Pengujian ini dilakukan pada ruang terbuka yang tidak terhalang oleh apapun. Di bawah ini terdapat hasil pengujian karakterisasi bluetooth HC-05 yang dilakukan, antara lain:

Tabel 4.2 Karakterisasi Bluetooth HC-05 terhadap Jarak Jarak (m) Detak Jantung (BPM) Pulse Oximetry (BPM) Suhu (°C) Termometer (°C) 5 75 76 36 37 10 80 80 36 36,5 20 76 74 37 36,5 30 74 77 36 36 40 85 84 37 36,5 46,5 83 85 37 36,5

38

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Karakterisasi Bluetooth HC-05 dengan Sensor MAX30102 dan Pulse Oximetry

Terlihat pada grafik 4.5 menunjukkan bahwa detak jantung yang terbaca pada android dengan pengukuran menggunakan sensor MAX30102 hanya memiliki sedikit perbedaan terhadap pengukuran yang dilakukan menggunakan pulse oximetry. Pada tabel 4.2 juga menunjukkan bahwa nilai suhu tubuh yang diukur menggunakan sensor MAX30102 memiliki nilai yang tidak jauh berbeda dengan pengukuran yang dilakukan menggunakan termometer digital. Selain itu, dapat diketahui pula jangkauan bluetooth HC-05 yang digunakan sebagai media pengiriman data menuju android memiliki batas jangkauan sejauh ±46,5 m tanpa halangan apapun. Sedangkan pada jarak 47 m, tampilan GUI pada aplikasi RemoteXY yang terhubung oleh bluetooth secara otomatis akan terputus dan menyebabkan pengiriman data dari sensor pun terputus pula.

4.3.2 Sensor MAX30102

Pengujian karakterisasi sensor MAX30102 dilakukan dengan cara membandingkan pengukuran sensor dengan alat konvensional yang sudah ada.

0 25 50 75 100 0 10 20 30 40 50 De tak Jan tu n g (BP M) Jarak (m)

Karakterisasi Bluetooth HC-05 terhadap Jarak

39

Karakterisasi sensor MAX30102 terbagi dua, yakni karakterisasi nilai detak jantung dan suhu tubuh manusia. Nilai detak jantung dikarakterisasi menggunakan Pulse Oximetry dan sensor MAX30100 sedangkan nilai suhu dikarakterisasi menggunakan termometer air raksa. Hal ini bertujuan agar dapat mengetahui nilai rata-rata BPM ataupun suhu tubuh antara kedua alat sebagai pembanding akurasi. Tabel 4.3 Karakterisasi sensor MAX30102 dengan Pulse Oximetry

KARAKTERISTIK No MAX30102 (BPM) Pulse Oximetry (BPM) MAX30100 (BPM) 1 81 76 78 2 81 88 75 3 93 89 79 4 77 88 85 5 88 74 89 6 78 89 83 Rata-rata 83 84 81,5 Akurasi (%)

MAX30102 dan Pulse

Oximetry

MAX30102 dan MAX30100

98,8 98,2

Tabel 4.4 Karakterisasi sensor MAX30102 dengan Termometer Air Raksa KARAKTERISTIK No MAX30102 (°C) Termometer (°C) 1 35 34,7 2 35 34,8 3 36 34,7 4 35 34,6 5 36 35,8 6 35 36 Rata-rata 35,3 35,1 Akurasi (%) 99,43

Pada kedua tabel di atas dapat dilihat bahwa nilai karakterisasi masing-masing alat memiliki nilai yang berfluktuasi, namun nilai rata-rata yang didapatkan sensor MAX30102 tidak jauh berbeda dengan Pulse Oximetry, sensor

40

MAX30100 dan termometer. Hal tersebut dibuktikan dengan besarnya nilai akurasi pada kedua jenis karakterisasi yaitu sebesar 98,8% dengan Puse Oximetry, sebesar 98,2% dengan sensor MAX30100 dan sebesar 99,43% dengan termometer air raksa. Dengan demikian, perancangan gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh manusia ini dikatakan akurat dan dapat digunakan sebagai pemeriksaan dini kondisi tubuh maupun pengecekan kesehatan secara berkala.

4.4 Hasil Pengujian Gelang Pengukur Detak Jantung dan Suhu Tubuh

Pada pengujian gelang pengukur detak jantung dan suhu tubuh ini, dilakukan dengan beberapa orang sebagai sampel yang memiliki rentang umur berbeda. Pengujian ini dilakukan bertujuan untuk membandingkan hasil pengukuran yang didapatkan oleh gelang perancangan menggunakan sensor MAX30102 dengan Pulse Oximetry dan sensor MAX30100. Metode yang digunakan oleh sensor MAX30102 dan MAX30100 adalah metode photolethysmograph (PPG) reflectance, sedangkan Pulse Oximetry menggunakan metode photolethysmograph (PPG) transmittance. Pengujian pada penelitian ini dilakukan dengan 5 orang relawan, yakni laki-laki dengan usia 46 tahun, perempuan dengan usia 45 tahun, perempuan dengan usia 22 tahun, laki-laki dengan usia 21 tahun, serta perempuan dengan usia 16 tahun. Hasil pengolahan data dari 5 orang relawan yang meliputi nilai rata-rata dari keseluruhan sampel, standar deviasi, serta ketelitian ditujukan untuk menentukan perbedaan kualitas kerja masing-masing sensor menggunakan nilai akurasi. Berikut di bawah ini merupakan hasil pengolahan data, yakni :

41 Tabel 4.5 Pengolahan Data Detak Jantung (BPM)

Jenis Pengolahan MAX30100 Pulse

Oximetry MAX30102 Perempuan / 45 Tahun Rata-rata (bpm) 71 71,5 71,625 Standar Deviasi 6,44 2,56 4,84 Ketelitian (%) 92,25 97,025 94,45 Laki-laki / 46 Tahun Rata-rata (bpm) 76,375 77 75,75 Standar Deviasi 2,13 2,62 1,58 Ketelitian (%) 98,025 97,4 98,35 Laki-laki / 21 Tahun Rata-rata (bpm) 85 82,25 83,875 Standar Deviasi 3,295 3,77 4,49 Ketelitian (%) 97,35 96,35 95,95 Perempuan / 16 Tahun Rata-rata (bpm) 69,625 70,875 70,125 Standar Deviasi 4,75 1,81 5,19 Ketelitian (%) 94,3 98,075 94,44 Perempuan / 22 Tahun Rata-rata (bpm) 85,5 85,25 83,375 Standar Deviasi 3,93 4,62 8,35 Ketelitian (%) 97,06 95,83 92,41 Tingkat Akurasi (%) MAX30100 dan MAX30102 MAX30102 dan Pulse Oximetry 98,754 98,594

42 Tabel 4.6 Pengolahan Data Suhu Tubuh (°C)

Jenis Pengolahan Temometer MAX30102 Perempuan / 45 Tahun Rata-rata (°C) 36,625 36,875 Standar Deviasi 0,44 0,35 Ketelitian (%) 99 99,44 Laki-laki / 46 Tahun Rata-rata (°C) 36,25 36,375 Standar Deviasi 0,378 0,52 Ketelitian (%) 99,13 98,74 Laki-laki / 21 Tahun Rata-rata (°C) 36,625 36,5 Standar Deviasi 0,44 0,53 Ketelitian (%) 98,93 98,6 Perempuan / 16 Tahun Rata-rata (°C) 36,25 36,125 Standar Deviasi 0,378 0,35 Ketelitian (%) 98,6 99,44 Perempuan / 22 Tahun Rata-rata (°C) 36,375 36,125 Standar Deviasi 0,52 0,35 Ketelitian (%) 98,74 99,44 Tingkat Akurasi (%) 99,52

43

Gambar 4.6 Grafik Nilai Detak Jantung pada Relawan

Gambar 4.7 Grafik Nilai Detak Jantung pada Relawan Jika Diperjelas

Pada tabel 4.5 dapat dilihat bahwa nilai detak jantung yang dimiliki oleh relawan berusia 16 tahun cenderung lebih rendah. Hal tersebut terjadi karena pada usia remaja normal, detak jantung cenderung tetap dan iramanya teratur. Sedangkan pada usia dewasa, efek fisiologi dan pertambahan usia juga dapat mempengaruhi sistem kardiovaskulernya. Nilai ketelitian setiap relawan memiliki angka yang berfluktuasi dan tidak stabil, yang diakibatkan dari jantung yang

0 20 40 60 80 100 16 21 22 45 46 BPM Usia

Perbandingan Nilai Detak Jantung (BPM)

Terhadap Usia

MAX30100 Pulse Oximeter MAX30100

65 70 75 80 85 90 16 21 22 45 46 BPM Usia

Perbandingan Nilai Detak Jantung (BPM)

Terhadap Usia