RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KADAR HEMOGLOBIN DARAH BERBASIS MIKROKONTROLER
SKRIPSI
AFFAN MUHAMMAD
PROGRAM STUDI S1 TEKNOBIOMEDIK FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KADAR HEMOGLOBIN DARAH BERBASIS MIKROKONTROLER
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Bidang Teknobiomedik
Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga
Disetujui oleh:
Pembimbing I
Supadi, S.Si, M.Si NIP. 19720918 199802 1001
Pembimbing II
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI
Judul : RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN
KADAR HEMOGLOBIN DARAH BERBASIS MIKROKONTROLER
Penyusun : AFFAN MUHAMMAD
NIM : 080810296
Pembimbing I : Supadi, S.Si, M.Si Pembimbing II : Drs. Tri Anggono Prijo Tanggal Seminar : 9 Agustus 2012
Disetujui Oleh : NIP. 19640305 198903 1 003
Ketua Program Studi S1 Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga
PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Allah SWT yang senantiasa memberikan hidayah,
inayah, dan rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan naskah skripsi
yang berjudul “Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kadar Hemoglobin Darah Berbasis Mikrokontroler”.
Naskah skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan.
Pada kesempatan ini, penyusun menyampaikan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1.Ketua Departemen Fisika, Bapak Drs. Siswanto, M.Si, yang telah memberikan
fasilitas laboratorium untuk pelaksana penelitian skripsi ini.
2.Ketua Program Studi S1 Teknobiomedik, Ibu Dr. Retna Apsari, M.Si, yang
telah memberikan informasi tentang penyusunan naskah skripsi ini.
3.Bapak Supadi, S.Si, M.Si selaku pembimbing I yang selalu memberikan
masukan dan meluangkan waktu bagi penyusun untuk berkonsultasi.
4.Bapak Drs. Tri Anggono Prijo selaku pembimbing II yang selalu memberikan
masukan dan meluangkan waktu bagi penyusun untuk berkonsultasi.
5.Bapak dan Ibu tercintaku yang telah memberikan dukungan material maupun
moril.
6.Kartika Indah Pratiwi yang telah memberikan motivasi dan semangat hingga
terselesaikan skripsi ini.
7.Dr. Danu Teguh yang telah memfasilitasi dan memberi pengarahan mengenai
8.Mas Harry dan zul yang banyak memberikan masukan, serta kritik dan saran
yang membangun pada penyusunan naskah skripsi ini.
9.Crew Lapantech yang selalu menemani mengerjakan skripsi dalam suka
maupun duka dan semoga tetap memberikan kontribusi dalam pengembangan
teknologi medis selanjutnya.
10.Eyang Ati yang selalu memberikan asupan gizi yang baik.sekali lagi
terimakasih.
11.Dosen-dosen, staf karyawan, dan teman-teman angkatan 2008 Program Studi
S1 Teknobiomedik, Universitas Airlangga serta semua pihak yang telah
membantu penyusun selama proses penyusunan naskah skripsi ini.
Penyusun menyadari bahwa naskah skripsi ini masih banyak kekurangan.
Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan untuk
perbaikan naskah skripsi ini.
Surabaya, Agustus 2012
Penyusun
Muhammad, Affan, 2012, Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kadar Hemoglobin Darah Berbasis Mikrokontroler. Skripsi ini dibawah bimbingan Supadi, S.Si, M.Si dan Drs. Tri Anggono Prijo, Program Studi S1 Teknobiomedik Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga.
ABSTRAK
Darah terdiri dari beberapa komponen diantaranya eritrosit, dan didalam eritrosit terdapat hemoglobin yang mempengaruhi warna merah p a d a darah. Warna merah dipengaruhi oleh hemoglobin saat mengikat oksigen yang disebut sebagai oksihemoglobin (HbO2). Metode yang digunakan menganalisis
kadar hemoglobin darah menggunakan parameter kepekatan warna darah. Alat ini dapat mengukur kadar hemoglobin darah manusia berdasarkan intensitas cahaya yang diterima oleh sensor. Penelitian ini menguji berbagai macam LED sebagai sumber cahaya diantaranya LED merah, biru, dan hijau. LED yang cocok digunakan sebagai alat pengukuran kadar hemoglobin ialah LED hijau. Alat ini mempunyai tingkat keakuratan yang tinggi dalam pengukuran kadar hemoglobin dengan rata-rata persentase kesalahan 1,58% dan tingkat ketepatan sebesar 98,48%
jika dibandingkan dengan alat hemotology analyzer.
Muhammad, Affan, 2012, Design of Microcontroller Based-Blood Haemoglobin Measurement System. This thesis was under the guidance of Supadi, S.Si, M.Si and Drs. Tri Anggono Prijo, Biomedical Engineering, Physiscs Department, Faculty of Science and Technology, Airlangga University.
ABSTRACT
Blood contains several components, one of which is erythrocytes also contain haemoglobin which affects the red color of the blood. The red color is affected by haemoglobin while binding oxygen which then is called oxyhemoglobin (HbO2). The method used in analyzing the blood haemoglobin
levels was by using the blood density parameters. This device can measure human blood hemoglobin levels according to the light intensity received by the sensor. This study examined a wide range of LEDs that would be suitable to be used as a light source, such as red, blue, and green LED. The suitable LED, as a tool for measuring blood haemoglobin levels was the green one. This device has a high degree of accuracy in the measurement of hemoglobin levels with the error percentage of 1.58% on average, while the accuracy rate was found to be 98.48%
when compared with the haemotology analyzer device.
DAFTAR ISI
halaman
LEMBAR JUDUL ... i
LEMBAR PERNYATAAN ... ii
LEMBAR PENGESAHAN... iii
LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ... iv
KATA PENGANTAR ... v
2.1.2 Struktur Hemoglobin... 6
2.2 Pemeriksaan Kadar Hemoglobin (Hb) ... 8
2.2.1 Metode Sahli (dengan Manual) ... 8
2.2.2 Metode Sianthemoglobin (dengan Spektrofotometer) ... 9
2.3 Larutan Reagen HCl 0,1 N ... 10
2.4 Hakekat Cahaya ... 10
2.4.1 Gelombang Cahaya ... 10
2.4.2 Spektrum Gelombang Cahaya ... 11
2.5 Prinsip Dasar Sistem Spektrofotometri ... 12
3.4.3.2 Komponen Elektronik ... 26
3.4.4 Perancangan Perangkat Lunak ... 31
3.5 Tahap Pengujian ... 32
4.1.3.1 Perancangan Perangkat Lunak pada Arduino ... 39
4.2 Hasil Pengujian Alat dan Analisis data ... 41
4.2.2 Uji Tansmisi Larutan dengan Perbandingan LED ... 44
4.2.3 Uji Linieritas Sensor Fototransistor ... 47
4.2.4 Uji Rangkaian Sensor Fototransistor Terhadap Hemoglobin ... 47
4.2.5 Uji Rangkaian Amplifier Terhadap Hemoglobin ... 49
4.2.6 Uji Alat Keseluruhan ... 50
4.3 Pembahasan ... 51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 54
5.1 Kesimpulan ... 54
5.2 Saran ... 54
DAFTAR PUSTAKA ... 55
DAFTAR ISI
halaman
LEMBAR JUDUL ... i
LEMBAR PERNYATAAN ... ii
LEMBAR PENGESAHAN... iii
LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ... iv
KATA PENGANTAR ... v
2.1.2 Struktur Hemoglobin... 6
2.2 Pemeriksaan Kadar Hemoglobin (Hb) ... 8
2.2.1 Metode Sahli (dengan Manual) ... 8
2.2.2 Metode Sianthemoglobin (dengan Spektrofotometer) ... 9
2.3 Larutan Reagen HCl 0,1 N ... 10
2.4 Hakekat Cahaya ... 10
2.4.1 Gelombang Cahaya ... 10
2.4.2 Spektrum Gelombang Cahaya ... 11
2.5 Prinsip Dasar Sistem Spektrofotometri ... 12
3.4.3.2 Komponen Elektronik ... 26
3.4.4 Perancangan Perangkat Lunak ... 31
3.5 Tahap Pengujian ... 32
4.1.3.1 Perancangan Perangkat Lunak pada Arduino ... 39
4.2 Hasil Pengujian Alat dan Analisis data ... 41
4.2.2 Uji Tansmisi Larutan dengan Perbandingan LED ... 44
4.2.3 Uji Linieritas Sensor Fototransistor ... 47
4.2.4 Uji Rangkaian Sensor Fototransistor Terhadap Hemoglobin ... 47
4.2.5 Uji Rangkaian Amplifier Terhadap Hemoglobin ... 49
4.2.6 Uji Alat Keseluruhan ... 50
4.3 Pembahasan ... 51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 54
5.1 Kesimpulan ... 54
5.2 Saran ... 54
DAFTAR PUSTAKA ... 55
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Gambar Halaman
2.1 Pengukuran Kadar Hemoglobin Sahli ... 9
2.2 Pengukuran Kadar Hemoglobin dengan Sianmethemoglobin ... 9
2.3 Ilustrasi Radiasi pada Bahan ... 12
2.4 Simbol dan Rangkaian LED ... 14
2.5 Sensor Fototransistor ... 15
2.6 Penguat Non-Inverting ... 16
2.7 Konfigurasi Pin pada LM358 ... 16
2.8 Susunan pin ATMega 328 ... 17
2.9 Tampilan Software Arduino ... 20
3.1 Diagram Alir Prosedur Penelitian ... 23
3.2 Sampel Darah dan Reagen HCl 0,1 N, dan Pipet Darah ... 25
3.3 Diagram blok Keseluruhan Sistem ... 25
3.4 Rangkaian Sensor Phototransistor ... 27
3.5 rangkaian Operational Amplifier ... 28
3.6 Rangkaian Minimum Sistem ... 29
3.7 Rangkaian Port C sebagai ADC ... 30
3.8 Rangkaian LCD ... 31
3.9 Flowchart Perangkat Lunak ... 31
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Gambar Halaman
4.1 a. Mekanik Tampak Atas... 34
b. Mekanik Tampak Dalam ... 34
4.2 Power Supply Adaptor 12 Volt... 35
4.3 Skematik Amplifier ... 36
4.4 Rangkaian Amplifier ... 37
4.5 Rangkaian Minimum Sistem ... 37
4.6 Rangkaian Modul LCD ... 38
4.7 Software Arduino ... 40
4.8 Pembacaan Serial Port... 40
4.9 Flowchart Perangkat Lunak ... 41
4.10 Grafik Uji Transmisi Larutan dengan HCl 1,5 ml ... 45
4.11 Grafik Uji Transmisi Larutan dengan HCl 2 ml ... 46
4.12 Grafik Linieritas Sensor Fototransistor ... 48
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Lampiran
1 Hasil Alat Pengukuran Kadar Hemoglobin Darah
2 Listing Program
3 Datasheet Arduino Severino
4 Datasheet Fototransistor PT334-6C
5 Datasheet ATMega 328P
BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang Masalah
Dalam era globalisasi dan informasi seperti sekarang, kemajuan di
bidang teknologi menjadi alternatif utama. Teknologi berkembang begitu cepat
merambah dalam dinamika kehidupan masyarakat secara menyeluruh, seperti
kemajuan teknologi di bidang medis.
Pemeriksaan darah dalam bidang medis adalah salah satu bentuk diagnosa
dengan memeriksa komponen-komponen yang ada dalam darah untuk
pendeteksian suatu penyakit. Salah satu contoh dari pemeriksaan darah ialah
pengukuran kadar Hb dalam darah, dimana kadar Hb normal dalam darah adalah
13,4-17,7g% untuk laki-laki dan 11,4-16,1g% untuk perempuan (Zarianis, 2006).
Kadar Hemoglobin ialah ukuran pigmen respiratorik dalam butiran-butiran darah
merah (Costill, 1998). Jumlah hemoglobin dalam darah normal adalah kira-kira 15
gram setiap 100 ml darah dan jumlah ini biasanya disebut “100 persen” (Evelyn,
2009).
Ketidaknormalan kadar Hb dapat dilihat pada penderita demam berdarah
dengan kadar Hb lebih tinggi dari harga normal dan penderita anemia dengan
kadar Hb kurang dari normal. Pengukuran kadar Hb di laboratorium medis dapat
dilakukan dengan mengukur intensitas warna dari sampel darah yang telah diberi
sahli (metode manual), maupun dengan metode Sianmethemoglobin (dengan
Spektrofotometer).
Pada metode sahli darah sampel yang dicampur dengan larutan HCl
sebagai reagannya dengan perbandingan tertentu dan ditempatkan pada tabung
hemometer. Kemudian sampel darah tersebut sedikit demi sedikit diencerkan
dengan akuades hingga warnanya sama dengan warna standar yang telah
ditetapkan. Banyaknya akuades yang ditambahkan menunjukan kadar Hb sampel
darah. Makin banyak akuades yang ditambahkan makin tinggi kadar Hb dalam
sampel darah.
Sedang pada metode Sianmethemoglobin sampel darah yang ada diberi
larutan drabkin dengan perbandingan tertentu pula dan ditempatkan pada larutan
kuvet. Kemudian sampel darah dalam kuvet tersebut diletakan pada suatu alat
yang dimanakan Spektrofotometer untuk mendapatkan kadar Hb dari sampel
darah tersebut.
Kebanyakan laboratorium medis yang ada di Indonesia masih menerapkan
cara sahli, karena mahalnya harga Spektrofotometer yang tersedia. Metode sahli
diperkirakan memiliki faktor kesalahan kira-kira hingga 10% (Adhisuwignjo,
2010). Penyebab kesalahan utama pada metode ini adalah ketelitian pengukuran
kadar Hb dalam darah ditentukan oleh kemampuan individu mengamati
perubahan fisik sampel darah, dalam hal ini perubahan warna dan kecocokannya
dengan warna standar yang telah ditetapkan. Jika pengukuran dilakukan untuk
Berdasarkan uraian tersebut maka kebutuhkan suatu alat atau sistem yang
mampu mengamati perubahan warna dan mencocokanya dengan warna sampel
darah standar secara teliti mutlak diperlukan. Dalam hal ini dengan menggunakan
spektrofotometer. Penelitian pendahulu yang terkait dengan spektrofotometer
telah dilakukan oleh Hadi (2008) dengan menggunakan serat optik untuk
mendeteksi kadar ion timbal (Pb) dalam air. Pada penelitian ini mengambarkan
bahwa metode spektrofotometri sangat cocok digunakan sebagai pendeteksi dan
pengukuran konsentrasi suatu zat.
Berdasarkan latar belakang tersebut penulis bermaksud untuk
menggunakan metode spektrofotometri sebagai pengukur kepekatan warna darah.
Prinsip kerja dari alat tersebut ialah mengukur intensitas warna pada sampel darah
yang diberi reagan yang dimasukan ke dalam tabung reaksi kemudian dengan
sumber cahaya tertentu diarahkan menuju sempel yang kemudian sampel akan
mengabsorpsi sebagian berkas sedangkan sebagian lagi diteruskan dan ditangkap
oleh detektor. Detektor disini berguna sebagai pendeteksi intensitas cahaya yang
mengenainya dan akan mengubah menjadi tegangan.
1.2Rumusan Masalah
Dari latar belakang dapat dirumuskan beberapa masalah yang timbul,
yakni sebagai berikut:
1. Warna LED apa yang cocok digunakan sebagai sumber cahaya pada alat
2. Bagaimana tingkat keakuratan pada alat ini jika dibandingkan dengan alat
pengukuran kadar hemoglobin secara manual?
1.3Tujuan Penelitian
Penelitian yang akan dilakukan ini bertujuan untuk :
1. Merancang sistem pengukuran kadar hemoglobin darah yang dapat
digunakan untuk mengukur hemoglobin darah.
2. Mengetahui warna LED yang sesuai sebagai sumber cahaya dalam
rancang bangun sistem pengukuran kadar hemoglobin darah.
3. Mengetahui tingkat keakuratan pada alat ini bila dibandingkan dengan
metode lain.
1.4Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mempermudah dalam pengukuran
hemoglobin dengan metode sahli sehingga hasil yang diperoleh lebih akurat.
Diharapkan dengan adanya alat ini praktisi medis tidak mengalami kesulitan lagi
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Hemoglobin (Hb)
Hemoglobin adalah protein yang kaya akan zat besi. Memiliki afinitas
(daya gabung) terhadap oksigen dan dengan oksigen itu membentuk
oxihemoglobin di dalam sel darah merah. Dengan fungsi ini maka oksigen dibawa
dari paru-paru ke jaringan-jaringan (Evelyn, 2009).
Hemoglobin merupakan senyawa pembawa oksigen pada sel darah merah.
Hemoglobin dapat diukur secara kimia dan jumlah Hb/100 ml darah dapat
digunakan sebagai indeks kapasitas pembawa oksigen pada darah.
Menurut William, Hemoglobin adalah suatu molekul yang berbentuk bulat
yang terdiri dari 4 sub unit. Setiap sub unit mengandung satu bagian heme yang
berkonjugasi dengan suatu polipeptida. Heme adalah suatu derivat porfirin yang
mengandung besi. Polipeptida itu secara kolektif disebut sebagai bagian globin
dari molekul hemoglobin (Shinta, 2005).
2.1.1 Satuan Kadar Hemoglobin (Hb)
Kadar hemoglobin ialah ukuran pigmenrespiratorik dalam butiran-butiran
darah merah (Costill, 1998). Jumlah hemoglobin dalam darah normal adalah
kira-kira 15 gram setiap 100 ml (Evelyn, 2009). Batas normal nilai hemoglobin untuk
suku bangsa. Namun WHO telah menetapkan batas kadar hemoglobin normal
berdasarkan umur dan jenis kelamin (Arisman, 2007).
Tabel 2.1 Batas Kadar Hemoglobin (WHO dalam Arisman, 2007)
Kelompok Umur Batas Nilai Hemoglobin
(gr/%)
Pada pusat molekul darah terdiri dari cincin heterosiklik yang dikenal
dengan porfirin yang menahan satu atom besi, atom besi ini merupakan situs atau
lokal ikatan oksigen. Porfirin yang mengandung besi disebut heme. Nama
hemoglobin merupakan gabungan dari heme dan globin, globin sebagai istilah
generik untuk protein globular. Ada beberapa protein mengandung heme dan
hemoglobin adalah yang paling dikenal dan banyak dipelajari.
Pada manusia dewasa, hemoglobin berupa tetramer (mengandung 4 submit
protein), yang terdiri dari dari masing-masing dua sub unit alfa dan beta yang
terikat secara non covalen.
2.1.3 Hubungan Intensitas Warna dengan Hemoglobin
Hemoglobin adalah struktur yang terdiri dari haem dan globin, dimana
haem adalah yang memberi warna merah pada darah dan globin adalah protein
Pada penelitian ini menggunakan reagen HCl dimana reaksi kimia yang terjadi
sebagai berikut :
Hb + HCL Globin + Ferrohem
2Ferrohem + ½ O2 + 2 HCl 2Ferrihemklorida (Hemin)
Hemoglobin dihidrolisis dengan HCl menjadi globin ferroheme.
Ferroheme dioksidasi oleh oksigen yang ada di udara dan bereaksi dengan ion Cl
membentuk ferrihemeclorid yang disebut hematin atau hemin yang berwarna
coklat. Warna coklat inilah yang di ukur intensitas cahayanya.
Intensitas warna dapat diukur dengan jumlah cahaya yang melewati
sampel darah. Jumlah cahaya yang diserap oleh larutan sampel berkaitan dengan
konsentrasi unsur di dalam larutan tersebut. Teknik ini dapat digunakan untuk
memonitoring perubahan warna dengan perubahan jumlah cahaya yang diabsobsi.
Intensitas warna sebanding dengan konsentrasi hemoglobin dalam
pengukuran absorban pada panjang gelombang yang paling tepat. Panjang
gelombang sumber cahaya harus tepat dalam penentuan nilai absorban karena bila
pengujian dilakukan pada panjang gelombang yang tidak tepat berakibat tidak
validnya data pengujian. Apabila terjadi perubahan konsentrasi yang besar, nilai
absorbannya hanya sedikit berubah. Namun bila diuji dengan panjang gelombang
yang tepat (spektrum serapan maksimum) maka apabila terjadi perubahan
konsentrasi sedikit saja, maka akan terjadi perubahan konsentrasi yang cukup
2.2 Pemeriksaan Kadar Hemoglobin (Hb)
Ada 2 metode yang umumnya digunakan dalam pengukuran kadar
Hemoglobin, yaitu metode sahli (manual) dan metode Sianmethemoglobin
(Spektrofotometer). Kedua metode tersebut berdasarkan prinsip warna.
2.2.1 Metode Sahli (dengan Manual)
Diantara metode yang paling sering digunakan di laboratorium dan yang
paling sederhana adalah metode sahli, dan yang lebih canggih adalah metode
cyanmethemoglobin (Bachyar, 2002).
Pada metode Sahli, hemoglobin dihidrolisis dengan HCl menjadi globin
ferroheme. Ferroheme oleh oksigen yang ada di udara dioksidasi menjadi
ferriheme yang akan segera bereaksi dengan ion Cl membentuk ferrihemechlorid
yang juga disebut hematin atau hemin yang berwarna cokelat. Warna yang
terbentuk ini dibandingkan dengan warna standar (hanya dengan mata telanjang).
Untuk memudahkan perbandingan, warna standar dibuat konstan, yang diubah
adalah warna hemin yang terbentuk. Perubahan warna hemin dibuat dengan cara
pengenceran sedemikian rupa sehingga warnanya sama dengan warna standar.
Karena yang membandingkan adalah dengan mata telanjang, maka subjektivitas
sangat berpengaruh. Di samping faktor mata, faktor lain, misalnya ketajaman,
penyinaran dan sebagainya dapat mempengaruhi hasil pembacaan. Meskipun
demikian untuk pemeriksaan di daerah yang belum mempunyai peralatan canggih
atau pemeriksaan di lapangan, metode sahli ini masih memadai dan bila
Gambar 2.1 Pengukuran Kadar Hb Sahli (Adhisuwignjo, 2010)
2.2.2 Metode Sianmethemoglobin (dengan Spektrofotometer)
Metode Sianmethemoglin didasarkan pada pembentukan
sianmethemoglobin yang intensitas warnanya diukur secara fotometri. Reagen
yang digunakan adalah larutan Drabkin yang mengandung Kalium ferisianida
(K3Fe[CN]6) dan kalium sianida (KCN). Ferisianida mengubah besi spada
hemoglobin dari bentuk ferro ke bentuk ferri menjadi methemoglobin yang
kemudian bereaksi dengan KCN membentuk pigmen yang stabil yaitu
sianmethemoglobin. Intensitas warna yang terbentuk diukur secara fotometri pada
panjang gelombang 540 nm (Suryana, 1995). Reagen drabkin terbilang cukup
mahal bila dibandingkan dengan reagen HCl.
Gambar 2.2 Pengukuran Kadar Hb Dengan Sianmethemoglobin (Adhisuwignjo, 2010)
menstabilkan pH dimana rekasi dapat berlangsung sempurna pada saat yang tepat.
Deterjen berfungsi mempercepat hemolisis darah serta mencegah kekeruhan yang
terjadi oleh protein plasma. Karena yang membandingkan alat elektronik, maka
hasilnya lebih objektif. Namun, fotometer saat ini relatif mahal, sehingga belum
semua laboratorium memilikinya. Metode ini dianjurkan oleh WHO karena
sampai saat ini dinilai dapat menghasilkan data paling teliti ( Sihadi, 1995).
2.3Larutan Reagen HCl 0,1 N
Alat pengukuran hemoglobin dengan metode sahli menggunakan reagen
HCl 0,1 N sebagai pelarutnya. Dimana hemoglobin dihidrolisis dengan HCl
menjadi globin ferroheme. Ferroheme dioksidasi oleh oksigen yang ada di udara
dan bereaksi dengan ion Cl membentuk ferrihemeclorid yang disebut hematin
atau hemin yang berwarna coklat.
2.4Hakekat Cahaya 2.4.1 Gelombang Cahaya
Gelombang cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang
biasanya dikarakteristikan dengan panjang gelombang, cepat rambat gelombang,
frekuensi gelombang dan lain sebagainya. Panjang gelombang didefinisikan
sebagai jarak antara dua titik maksimum atau dua titik minimum yang berdekatan.
Sedangkan frekuensi didefinisikan sebagai banyaknya panjang gelombang yang
ditempuh gelombang (meter) dalam satu detik, hubungan antara panjang
gelombang, frekuensi, dan cepat rambat dinyatakan dalam rumus:
C = λ . f
Dimana c : Cepat rambat gelombang cahaya (3 x 108 m/s)
λ : Panjang gelombang (m)
f : Frekuensi gelombang (Hz)
2.4.2 Spektrum Gelombang Cahaya
Gelombang elektromaknetik atau gelombang cahaya mempunyai
spektrum dengan variasi panjang gelombang (λ) yang sangat banyak, mulai dari
106 m sampai 10-12 m. Dari berbagai macam panjang gelombang yang ada,
ternyata sebagian kecil yang dapat dilihat oleh mata, yaitu cahaya dengan panjang
gelombang pada daerah sinar tampak yang berkisar 350 – 750 nm.
Spektrum gelombang elektromagnetik yang tampak terbagi lagi, dengan
pembagi seperti dalam tabel 2.3.
Tabel 2.2 Spektrum Warna (Damayanti, 2010)
Jenis
Gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang sedikit lebih
elektromagnetik dengan panjang gelombang sedikit lebih panjang dari sinar
tampak disebut sinar inframerah.
2.5Prinsip Dasar Sistem Spektrofotometri
Prinsip dasar sistem spektrofotometri adalah fenomena suatu radiasi bila
mengenai suatu bahan, maka radiasi tersebut akan ditransmisikan, dihamburkan,
dipantulkan atau mengeksitasi fluoresensi. Proses-proses tersebut diilustrasikan
pada Gambar 2.1 di bawah ini
Bila cahaya datang dan mengenai sampel maka hukum ”Beer-Lambert”
menyatakan :
− =
dimana :
dx : tebal benda (sampel)
dIx : perubahan intensitas sepanjang dx
Ix : intensitas sumber radiasi (watt/m2)
A : area yang dikenai radiasi (m2)
k : koefisien yang bergantung pada sifat molekul dan panjang
gelombang radiasi.
Gambar 2.3Ilustrasi Radiasi pada Bahan
c : konsentrasi bahan (ppm)
Bila kedua ruas diintegrasikan, maka :
=−
ln( )−ln( ) =−
=
Istilah log(I0/I) disebut absorbans (A) yang besarnya kcx.
Sehingga probabilitas cahaya diserap atau dihamburkan oleh sampel
dinyatakan oleh hukum “Beer-Lambert” berikut ini,
=
dengan :
I0 : Intensitas radiasi datang
I : Intensitas radiasi yang diteruskan
c : konsentrasi bahan
x : panjang lintasan radiasi melalui bahan
k : koefisien yang bergantung pada sifat molekul dan panjang
gelombang radiasi
2.6LED (Light Emittng Diode)
LED (Light Emitting Diode) merupakan salah satu komponen yang sering
digunakan sebagai display. LED ini merupakan salah satu komponen yang
digolongkan dalam komponen semikonduktor. Bahan pembentuknya
macam-macam tergantung dari warna LED yang diinginkan. LED biasa disimbolkan
Setiap jenis LED mempunyai karakteristik tegangan dan arus yang
berbeda-beda. Misalkan saja untuk LED merah, umumnya memiliki tegangan
forward (Vf) 1,6 V dan arus normal sekitar 10-20 mA. Semakin besar arus yang
melewati LED maka semakin terang nyalanya dan semakin besar daya yang
dibutuhkan. Arus ini tidak boleh melebihi batas dari spesifikasi LED tersebut
karena jika melebihi dapat membuat LED rusak atau mungkin terbakar.
Pada penelitian ini menggunakan LED merah, hijau, dan biru dengan
masing-masing range panjang gelombang 620-750 nm, 495-570 nm, dan 450-495
nm
Gambar 2.4 Simbol dan Rangkaian LED (Budianto,2007)
2.7Sensor Fototrasistor
Tranducer cahaya berfungsi utuk mengubah intensitas cahaya menjadi
besaran listrik. Ada beberapa macam tranducer cahaya yang ada, antara lain,
LDR, Fotodioda, dan fototransistor. LDR mempunyai karakteristik hubungan
antara resistansi dan intensitas cahaya yang tidak linier, padahal utuk
instrumentasi biasanya membutuhkan kurva yang linier. Fotodioda dan
fototransistor lebih baik, karena mempunyai karakteristik kurva yang linier lebih
Gambar 2.5 Fototransistor (Everlight, 2011)
Penulis menggunakan fototransistor pabrikan Everlight PT334-6C yang
lebih sensitif daripada fotodioda yang ada dipasaran. Fototransistor mempunyai
karakteristik sama dengan transistor biasa, tetapi arus basis (Lb) dan arus kolektor
(Lc) pada fototransistor berubah sesuai dengan perubahan intensitas cahaya.
Hubungan antara besar atas pada lb dan intensitas cahaya adalah linier.
2.8Rangkaian Penguat
Sinyal output tranduser optik pada spektofotometri memiliki amplitudo
yang sangat kecil dalam jangkauan mikrovolt hingga milivolt. Amplifier (penguat)
untuk memperkuat sinyaldikenal dengan diferensial amplifier. Gambar rangkaian
penguat diferensial disajikan pada Gambar 2.3. Operational Amplifier (Op-Amp)
merupakan penguat diferensial dengan dua masukan yaitu masukan membalik
(inverting) yang diberi simbol (-) dan masukan tak membalik (non-inverting) yang
diberi simbol (+) serta satu keluaran. Pada aplikasi spektrofotometri
Gambar 2.6 Penguat Non-Inverting (Budianto, 2007)
LM358 merupakan operational amplifier yang memiliki 2 output dengan
input inverting (-) dan non-inverting (+) (Motorola Datasheet, 1996). Konfigurasi
pin pada IC LM358 ditunjukkan pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Konfigurasi pin pada LM358 (Budianto, 2007)
Konfigurasi open-loop pada op-amp dapat difungsikan sebagai
komparator. Jika kedua input pada op-amp pada kondisi open-loop, maka op-amp
akan membandingkan kedua saluran input tersebut.
2.9Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah suatu keping IC dimana terdapat mikroprosesor dan
memori program (ROM) serta memori serbaguna (RAM), bahkan ada beberapa
jenis mikrokontroler yang memiliki fasilitas ADC, PLL, EEPROM dalam satu
Mikrokontroler. Jika Mikroprosesor merupakan CPU (Central Processing
Unit) tanpa memori dan I/O pendukung dari sebuah komputer, maka
Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU, Memori , I/O tertentu dan unit
pendukung. Kelebihan utama dari Mikrokontroler ialah telah tersedianya RAM
dan peralatan I/O Pendukung sehingga ukuran board mikrokontroler menjadi
sangat ringkas (Budiarto, 2007).
Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai
masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus
dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis
data(Andrianto, 2008).
Gambar 2.8 Susunan Pin ATMega 328 (Andrianto, 2008)
ATMEGA 328 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya rendah berbasis
arsitektur RISC yang ditingkatkan. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu
siklus clock, ATMEGA 328 mempunyai throughput mendekati 1 MPS per MHz
membuat desain dari sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan
Susunan pin – pin dari IC mikrokontroler ATMEGA 328 diperlihatkan
pada gambar dibawah ini. IC ini tersusun dari 28 pin yang memiliki beberapa
fungsi tertentu.
2.10 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD adalah sebuah display dot matrik yang difungsikan untuk
menampilkan tulisan berupa angka atau huruf sesuai dengan yang diinginkan
(sesuai dengan program yang digunakan untuk mengontrolnya). Pada tugas akhir
ini penulis menggunakan LCD dot matrix dengan karakter 2 x 16, sehingga
kaki-kakinya berjumlah 16 pin.
LCD ini hanya memerlukan daya yang sangat kecil, tegangan yang
dibutuhkan juga sangat rendah yaitu +5 VDC. Panel TN LCD untuk pengaturan
kekontrasan cahaya pada display dan CMOS LCD drive sudah terdapat di
dalamnya. Semua fungsi display dapat dikontrol dengan memberikan instruksi
dan dapat dengan mudah dipisahkan oleh MPU. Ini membuat LCD berguna untuk
range yang luas dari terminal display unit untuk mikrokomputer dan display unit
Tabel 2.3 Fungsi Pin LCD
No. Symbol Level Keterangan
1 Vss - Dihubungkan ke 0 V (Ground)
2 Vcc - Dihubungkan dengan tegangan supply +5V
dengan toleransi ± 10%.
3 Vee - Digunakan untuk mengatur tingkat kontras
LCD.
4 RS H/L Bernilai logika ‘0’ untuk input instruksi dan bernilai logika ‘1’ untuk input data.
5 R/W H/L Bernilai logika ‘0’ untuk proses ‘write’ dan bernilai logika ‘1’ untuk proses ‘read’.
6 E H Merupakan sinyal enable. Sinyal ini akan aktif
pada failing edge dari logika ‘1’ ke logika ‘0’.
Back Light pada LCD ini dihubungkan dengan tegangan sebesar 4 – 4,2 V dengan arus 50 –
akan di-download pada papan arduino atau papan sistem mikrokontroler lainnya.
Program ini mirip dengan Visual Studio, Eclipse IDE, atau Netbeans.
Kesemuanya IDE tersebut menghasilkan program dari kode bahasa C (dengan
GNU GCC) sedangan Arduino Software (Arduino IDE) menghasilkan file hex
Gambar 2.9 Tampilan Software Arduino
Pada umumnya sketch yang dibuat di Arduino Software di-compile dengan
perintah verify / Compile lalu hasilnya di-download ke board mikrokontroler.
Program hasil kompilasi ini lalu dijalankan oleh bootloader. Hampir semua IC
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboaratorium Program Studi Teknobiomedik
Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga, mulai
Februari 2011 sampai dengan juni 2012. Serta dilakukan pengambilan data di
RSIA Nur Ummi Numbi Surabaya.
3.2 Alat dan Bahan
1. Bahan yang digunakan dalam penelitian alat:
a. Mikrokontroler AVR
Berfungsi sebagai pengontrol dan pengkonversi analog ke digital
b. Satu Set Alat ukur Hemoglobin
Berfungsi sebagai pengambil sampel
c. Fototransistor
Berfungsi sebagai tranduser cahaya dalam mendeteksi intensitas
cahaya yang diterima
d. PCB ( Printed Circuit Board) polos dan matrik
Berfungsi sebagai tempat komponen elektronika
e. LCD
f. Larutan Reagen HCl
Sebagai reagen pada darah
g. Tabung reaksi
Sebagai tempat reagen dan sampel darah
2. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
a. PC (Personal Computer)
Berfungsi sebagai input program ke mikrokontroler
b. Multimeter
Berfungsi sebagai alat pengukur tegangan
c. Penyedot timah
Berfungsi sebagai input program ke mikrokontroler
d. Solder
Berfungsi sebagai input program ke mikrokontroler
3.3 Prosedur Penelitian
Pada penelitian ini terbagi atas dua tahap, yaitu tahap pertama perancangan
serta pembuatan sistem hardware dan tahap kedua adalah perancangan dan
pembuatan software sebagai pengendali operasi alat. Prosedur yang digunakan
Tahap Persiapan - Rangkaian minimum sistem AVR
- Rangkaian LCD
3.4Prosedur Perancangan 3.4.1 Perancangan Mekanik
Perangkat mekanik sangat berpengaruh terhadap keberhasilan dibuatnya
alat pengukuran hemoglobin. Perangkat mekanik yang sesuai akan mendukung
hardware dan software sehingga alat pengukuran hemoglobin sesuai dengan yang
diharapkan. Pada penelitian ini, digunakan perangkat mekanik yang terbuat dari
box dengan ukuran 10 x 7,5 x 4 (p x l x t). Box hitam ini berisi perangkat optik
yang berupa fototransistor dan led sebagai sensor cahaya dan sumber cahayanya.
Box ini diberi lubang secara sejajar 90 derajat untuk meletakan tabung reaksi
sebagai wadah sampel.
Ketepatan, kepresisian, dan kelurusan pada box ini amat diperhatikan.
Oleh karena itu didalam box terdapat kotak tempat duduk tabung reaksi yang
terbuat dari resin dan akrilik untuk mengurangi tingkat kesalahan yang
diakibatkan oleh kesalahan manusia pada saat peletakan alat. Selain itu tempat
duduk tabung reaksi harus sejajar dengan lubang pada box sehingga tabung reaksi
mampu bekerja dengan sempurna.
Pengeboran lubang LED dan sensor harus sejajar agar hasil yang didapat
lebih optimal. Lubang yag diberikan untuk LED dan sensor sebesar 5 mm, dan
lubang tabung sebesar 1 cm.
3.4.2 Pembuatan Sampel
Pembuatan sampel dilakukan dengan menambahkan HCl yang
telah ditetapkan sebelumnya yaitu 1,5ml. Darah yang digunakan ialah darah
menghindari koagulasi sehingga tidak akan mengalami penggumpalan
darah. Awalnya darah diambil sebanyak 20 mikro Liter dengan pipet darah
kapiler. Kemudian darah dicampur dengan HCl 0,1 N dan tunggu hingga
1-2 menit hingga warna menjadi coklat tua.
Hemoglobin dihidrolisis dengan HCl menjadi globin ferroheme.
Ferroheme dioksidasi oleh oksigen yang ada di udara dan bereaksi dengan
ion Cl membentuk ferrihemeclorid yang disebut hematin atau hemin yang
berwarna coklat.
Gambar 3.2 Sampel Darah, Reagen HCl 0,1 N, dan Pipet Darah
3.4.3 Per Perangkat Optik dan Hardware
Gambar 3.3 Blok Diagram Keseluruhan Sistem
Perancangan perangkat keras spektrofotometer meliputi 2 bagian yaitu
komponen optik dan peracangan komponen elektronik hardware.
3.4.3.1 Komponen Optik
Pada perancangan komponen optik meliputi pemilihan sumber cahaya
(LED) dan tabung reaksi. Sumber cahaya yang digunakan adalah LED warna
merah, hijau, dan biru. LED biru memiliki panjang gelombang 450 – 495 nm,
LED hijau memiliki panjang gelombang 495-570 nm, sedangkan LED merah
memiliki panjang gelombang 620-750 nm. Pada penelitian ini nantinya akan
dibandingkan dari ketiga LED tersebut yang memiliki serapan absorbsi yang
paling baik dengan parameter kelinieran dari output pada sensor cahaya.
Intensitas cahaya yang dikeluarkan oleh LED tergantung arus yang
mengalir pada LED tersebut. Semakin besar arus yang melaluinya maka intensitas
cahaya yang dikeluarkan akan semakin besar, dan semakin kecil arus yang
melalui LED maka akan semakin kecil pula intensitas cahaya yang dikeluarkan.
Sumber cahaya yang berupa LED ini akan diteruskan ke tabung reaksi yang
menggunakan tabung berdiameter 1cm yang memiliki panjang gelombang
380-1100 nm.
3.4.3.2Komponen Elektronik
Perancangan komponen elektronik meliputi power supply, sensor cahaya,
Op-amp, ADC, mikrokontroler, dan LCD.
3.4.3.2.1 Power Supply
Pada penelitian ini menggunakan power supply dari adaptor DC 12 volt
output tegangan yang stabil. Board mikrokontroler yang digunakan sudah
memiliki regulator LM7805 sebagai pengubah tegangan dan menstabilkan
menjadi 5 volt.
3.4.3.2.2 Rangkaian Sensor
Sensor cahaya berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi
besaran listrik. Pada perancangan ini menggunakan sensor fototransistor dengan
range panjang gelombang 400-1100 nm sebagai sensor cahaya. Output dari sensor
nantinya berupa nilai tegangan. Skema rangkaian sensor fototransistor dapat
dilihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Phototransistor
Prinsip kerja fototransistor apabila tegangan mengalir ke dioda (LED)
maka LED akan menyala (memancarkan cahaya), apabila cahaya mengenai
fototransistor, maka transistor akan bekerja, secara otomatis colektor akan
terhubung ke ground dan Vout akan bernilai rendah. Begitu pula saat cahaya dari
LED terhalang dan tidak menerangi fototransistor maka fototransistor akan OFF,
3.4.3.2.3 Rangkaian Amplifier
Op-Amp bertujuan mengkonversikan sinyal-sinyal tegangan keluaran
sensor fotodioda menjadi sinyal-sinyal tegangan yang kita inginkan, yaitu dalam
range 0-5V agar dapat dibaca oleh ADC pada mikrokontroler. Nilai tegangan ini
akan dikuatkan dengan penguat op-amp seperti pada gambar 3.4.
Gambar 3.5 Rangkaian Operasional Amplifier
3.4.3.2.4 Rangkaian Minimum Sistem
Minimum Sistem mikrokontroler adalah rangkaian elektronik minimum
yang diperlukan untuk beroperasinya IC mikrokontroler. Minimum Sistem ini
kemudian bisa dihubungkan dengan rangkaian lain untuk menjalankan fungsi
tertentu. Mikrokontroler berfungsi sebagai otak dari suatu alat agar bisa berjalan
secara otomatis. Pada umumnya mikrokontroler memerlukan 2 elemen yaitu
Kristal oscillator (XTAL) dan rangkaian reset. Rangkaian osilator kristal
sedangkan rangkaian reset berfungsi untuk menghentikan segala proses yang
dilakukan mikrokontroler sekaligus mengembalikan proses ke tahap awal.
Pada penelitian ini penulis menggunakan mikrokontroler ATMega 328
yang di dalamnya terdapat bootloader Arduino sehingga dalam proses
pemprogramannya menggunakan software arduino. Pemilihan arduino
dikarenakan selain mudah digunakan, mikrokontroler jenis arduino ini merupakan
produk baru dipasaran dan mulai berkembang di dunia elektronika.
ADC yang digunakan pada perancangan ini menggunakan ADC
internal pada mikrokontroler. ADC merupakan converter analog ke digital, dalam
hal ini dari tegangan 0-5 volt menjadi 0-1023 byte. Setelah diperoleh nilai ADC
maka akan dicocokan dengan kadar hemoglobin dengan garis linier. Untuk
mengetahui ADC telah berjalan dengan baik maka diperlukan uji ADC pada
mikrokontroler. Pengujian ADC dengan menggunakan potensiometer 10k Ohm.
ADC yang digunakan ialah pin ADC0 (PC0).
Gambar 3.7 Rangkaian Port C sebagai ADC
3.4.3.2.5 Rangkaian LCD
LCD difungsikan untuk menampilkan tulisan berupa angka atau huruf. Pada
rancang bangun alat pengukuran kadar HB ini LCD digunakan untuk
menampilkan niali ADC, serta dapat menampilkan nilai HB yang telah
terkonversi dari nilai ADC tersebut. Skema rangkaian LCD dapat dilihat pada
Gambar 3.8 Rangkaian LCD
3.4.4 Perancangan Perangkat Lunak
Gambar 3.9Flowchart Perangkat Lunak
Pada saat sampel darah sudah dicampurkan dengan 1,5 ml HCl yang telah
ditetapkan sebagai reagen, maka led akan menyala. Sumber cahaya dari LED akan
meneruskan cahaya sehingga intensitas cairan akan dibaca oleh sensor
fototransistor. Sensor tersebut kemudian menganalisis data yang diperoleh dalam
keadaan benar atau error.
Bila benar maka nilai ADC yang diperoleh akan dikonversi ke nilai HB.
Tentunya nilai ADC dari alat ini telah dikalibasi dengan alat hemolotogy analizer Start
Konversi Ke nilai HB Ambil Data
Display (LCD)
yang sudah ada sebagai penentuan kadar HB. Nilai yang telah ditetapkan untuk
memperoleh hasil dalam g% yang nantinya akan ditampilkan pada LCD.
Gambar 3.10 Alat hemotology analizer
3.5 Tahap Pengujian
Pada tahap ini dilakukan pengujian mekanik, hardware, dan software.
Pada pengujian hardware dilakukan pada setiap rangkaian pendukung alat
pengukuran hemoglobin darah. Setelah hardware, dan software selesai
dikerjakan, maka dilakukan uji kinerja alat antara lain kalibrasi alat secara
3.6 Tahap Pengambilan Data
Pengambilan data dilakukan untuk menguji seberapa besar kinerja alat
serta untuk mengetahui hasil dari kerja alat tersebut. Hasil yang didapat
ditentukan dengan mengukur kinerja sensor dan op-amp sebagai penguat
tegangan. Data tersebut diolah keprogram untuk mendapatkan nilai ADC.
Pengambilan data diperoleh berdasarkan kadar sampel darah yang cukup terbatas.
3.7 Metode Analisis Data
Analisis data ini bertujuan untuk mengetahui apakah rangkaian telah
bekerja dengan baik dan sesuai dengan apa yang penulis harapkan. Untuk
mengukur kadar hemoglobin dalam darah maka perlu dikalibrasi dengan alat ukur
hemoglobin standart. Awalnya sampel diukur secara manual dengan alat pengukur
hemoglobin standart. Setelah diketahui nilai hemoglobin secara analog kemudian
dicatat. Sampel yang sama tersebut kemudian diukur dengan alat yang sudah
dibuat dan kemudian dicatat nilainya. Hasil percobaan ini dilakukan secara
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Perancangan Alat 4.1.1 Perangkat Mekanik
Perancangan perangkat mekanik berhasil dibuat dengan menggunakan box
hitam untuk menghindari cahaya luar yang masuk. Fototransistor dan LED
dipasang sejajar dimaksudkan untuk mendapatkan hasil yang maksimal dan
diletakan pada resin. Resin yang dibuat dicampur dengan pewarna hitam agar
tidak terjadi pembiasan saat LED dinyalakan. Ukuran lubang sebagai tempat
tabung reaksi telah sesuai dengan yang diharapkan. Tabung reasksi dapat berdiri
dengan tegang lurus sehingga hasil yang dicapai lebih maksimal.
Gambar a Gambar b
Gambar 4.1 a) Sistem Mekanik tampak atas, b) Sistem Mekanik tampak dalam Keterangan gambar:
1. Lubang tempat tabung reaksi
2. Input sensor dan supply sensor 1
2
3
4
3. Supply LED
4. Tempat lubang LED
5. Rangkaian Sensor
4.1.2 Perangkat Keras (Hardware)
Pengujian Perangkat keras dilakukan dengan melakukan pengujian untuk
tiap rangkaian penunjang. Perangkat keras ini terdiri dari pengujian sumber
cahaya yang digunakan, rangkaian sensor fototransistor, rangkaian op-amp,
rangkaian LCD, rangkaian minimum sistem dan terakhir dilakukan pengujian alat
secara keseluruhan.
4.1.2.1 Power Supply Adaptor
Penelitian ini menggunakan power supply dari adaptor DC 12 volt
dengan arus 1 ampere. Pemilihan adaptor DC dikarena adaptor DC memiliki
output tegangan yang stabil. Board mikrokontroler yang digunakan sudah
memiliki regulator LM7805 sebagai pengubah tegangan dan menstabilkan
menjadi 5 volt. Adapun adaptor yang digunakan dapat dilihat pada gambar 4.2.
4.1.2.1 Rangkaian Sensor Cahaya
Sensor cahaya mengubah besaran cahaya menjadi arus. Oleh pengubah
arus ke tegangan arus tersebut diubah menjadi tegangan. Rangkaian sensor cahaya
ini untuk mendeteksi intensitas serapan yang diterima dengan sumber cahaya LED
hijau ultrabright. Sensor cahaya ini menggunakan sensor fototransistor pabrikan
everlight type PT344-6C dengan ukuran 5mm. Gambar dapat dilihat pada gambar
4.1b.
4.1.2.2 Rangkaian Amplifier
Rangkaian Amplifier digunakan sebagai penguat dari output sensor
fototransistor yang memiliki orde milivolt. Penulis menggunakan IC LM358
sebagai penguat dari sensor. Penulis menggunakan penguat non-inverting karena
tidak bersifat pembalik. Penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input
non-inverting. Adapun rumus yang digunakan ialah :
= +
= ( + 1)
Hasil dari output non-inverting ini akan selalu bernilai positif. Pada
penelitian ini kombinasi resistor yang digunakan ialah Rf = 10k ohm dan Ri = 1k
ohm. Gain yang dihasilkan dari amplifier ini sebesar 11x.
Gambar 4.4 Rangkaian Amplifier
4.1.2.3 Rangkaian Minimum Sistem
Pembuatan rangkaian minimum sistem berfungsi sebagai otak dari keseluruhan
sistem pengukuran kadar hemoglobin ini, dimana program yang telah dibuat akan
dimasukkan kedalamnya. Mikrokontroler berfungsi untuk mengubah analog ke
digital dengan fitur ADC pada mikrokontroler, serta berfungsi untuk konversi dari
besaran ADC ke nilai hemoglobin. Dalam pembuatan minimum sistem ini,
penelitian menggunakan ATmega 328 yang telah diisi bootloader Arduino
sehingga dalam pemprogramannya support dengan software Arduino. Hasil
pembuatan rangkaian minimum sistem dapat dilihat pada Gambar 4.5.
Keterangan gambar:
1. Regulator LM 7805 sebagai pengubah tegangan dan menstabilkan menjadi
5 volt
2. Jack DC sebagai input dari power supply dari adaptor
3. Port D digunakan untuk LCD
4. IC ATMega 328
5. Port C sebagai ADC
6. Tempat untuk downloader, dengan menggunakan USB to Serial
7. Vcc dan ground untuk keperluan rangkaian lain
8. Tombol Reset untuk mengulangi perintah pada mikrokontroler ke sistem
awal
4.1.2.4 Rangkaian Modul LCD
Pada penelitian ini digunakan LCD karakter 2 x 16, kaki-kakinya berjumlah 16
pin, serta resistor variabel untuk memberi tegangan kontras pada matriks LCD.
LCD digunakan untuk menampilkan kondisi kadar HB sekaligus menampilkan
hasil pembacaan nilai ADC. Hasil rangkaian LCD dapat dilihat pada Gambar 4.5.
Gambar 4.6 Rangkaian Modul LCD
Keterangan gambar:
1. VR untuk pengaturan tampilan LCD
2. Tampilan untuk LCD
4.1.3 Perangkat Lunak
Perangkat lunak (software) yang digunakan untuk program pengukuran
kadar hemoglobin darah ditulis dengan bahasa yang setara bahasa C
menggunakan software Arduino. Perangkat lunak ini digunakan untuk
menampilkan nilai ADC pada sensor yang telah dikuatkan dan menkonversi nilai
ADC menjadi kadar HB dengan regresi dan pengujian yang telah dilakukan.
4.1.3.1 Hasil Perangkat Lunak pada arduino
Penelitian ini menggunakan minimum sistem dengan mikrokontroler
ATMega 328 yang sudah memiliki bootloader arduino sehingga dapat langsung
melakukan input program melalui koneksi serial. Software Arduino sebelumnya
harus dipastikan dahulu bahwa port mikrokontroler yang akan di download sudah
Gambar 4.7 Software Arduino
Software yang telah dibuat pada software arduino sebelumnya harus
dipastikan bahwa port mikrokontroler yang akan di-download sudah terbaca oleh
software Arduino seperti gambar 4.8.
Gambar 4.8 Pembacaan Serial Port
Setelah serial port sudah terdeteksi oleh software Arduino centang port yang
sesuai dengan pembacaan PC pada device manager. Compile program dilakukan
bila program telah selesai dibuat untuk mengetahui program dalam keadaan eror Complier
Download Program
Serial Monitoring
atau tidak. Jika proses compile berhasil, maka program tersebut dapat disimpan
dan program dapat dimasukan ke dalam mikrokontroler. Software yang telah
berhasil dibuat pda penelitian ini meliputi program penampilan nilai ADC dan
program pengkonversi dari nilai ADC ke nilai kadar Hemoglobin. Listing
program dapat dilihat pada lampiran 1.
Gambar 4.9 Flowchat Perangkat Lunak
4.2 Hasil Pengujian Alat dan Analisis Data
Pada penelitian yang telah dilakukan diperoleh hasil pengujian, antara lain
pengujian pada pengujian panjang gelombang LED, uji kelinieran LED, rangkaian
sensor, penguat tegangan, dan uji alat secara keseluruhan.
4.2.1 Uji Panjang Gelombang
LED merupakan sumber cahaya yang digunakan untuk mendeteksi kadar
hemoglobin darah. Sebelum digunakan, LED diukur panjang gelombangnya
terlebih dahulu menggunakan metode spektrofotometri. Pengamatan didasari teori
peristiwa difraksi sinar oleh kisi difraksi. Agar terjadi bayangan yang terang Start
Konversi Ke nilai HB
Ambil Data
Display (LCD)
dilayar (P), beda lintasan (d sin ) kedua sinar datang di P dari kedua celah yang
jaraknya (d) harus merupakan kelipatan bulat (n) panjang gelombangnya ().
d sin = n
keterangan :
d = jarak celah
n = sudut
= sudut difraksi
Berdasarkan hasil pengujian didapatkan data pengukuran sebagai berikut :
1. LED Merah
Tabel 4.1 Pengukuran Spektrofotometri LED Merah
n Kanan ( θº ) Kiri ( θº ) (n kanan – n kiri)/2
1 183,674 180,307 3,367
2 185,524 178,036 3,8
3 187,375 176,925 5,225
2. LED Biru
Tabel 4.2 Pengukuran Spektrofotometri LED Biru
n Kanan ( θº ) Kiri ( θº ) (n kanan – n kiri)/2
1 182,4 179,2 1,6
2 183,35 177,76 2,795
3 184,88 177 3,94
3. Led Hijau
Tabel 4.3 Pengukuran Spektrofotometri LED Hijau
n Kanan ( θº ) Kiri ( θº ) (n kanan – n kiri)/2
1 182,33 179,17 1,58
2 183,82 177,08 3,37
Tabel 4.4 Hasil Pengamatan Pengukuran Panjang Gelombang Cahaya Tampak
Spektrofotometri visible disebut juga spektrofotometri sinar tampak. Yang
dimaksud sinar tampak adalah sinar yang dapat dilihat oleh mata manusia. Cahaya
yang dapat dilihat oleh mata manusia adalah cahaya dengan panjang gelombang
400-800 nm. Sebelum melakukan pengujian, terlebih dahulu melakukan uji
panjang gelombang LED yang akan digunakan dalam penelitian. Dari tabel nilai
rata-rata pengamatan, diketahui panjang gelombang LED warna merah (610-800
nm) dan hijau (500-560 nm) sesuai dengan range ketentuan warna panjang
gelombang. Sedangkan warna biru (435-480 nm) tidak sesuai dengan range
panjang gelombang sebenarnya. Hal ini bisa disebabkan dari kurang sempurnanya
pengamat dalam mengamati garis n-kanan dan n-kiri dari kisi difraksi sehingga
didapatkan data panjang gelombang yang tidak sesuai meski hanya selisih kecil.
4.2.2 Uji Transmisi Larutan dengan Perbandingan LED
Penelitian ini menggunakan sumber cahaya sebagai media transmisi ke
sensor. Sumber cahaya yang digunakan berupa LED ultrabright yang telah diukur
LED biru, dan LED hijau. Arus yang diberikan ke LED memiliki arus yang
konstan sehingga hasil yang didapat lebih valid. Setiap LED memiliki panjang
gelombang yang berbeda-beda. Oleh karena itu peneliti perlu menguji ketiga LED
tersebut yang cocok digunakan sebagai sumber cahaya yang tepat. Kadar
hemoglobin 15,6 digunakan sebagai standart dalam pengujian dan menggunakan
HCl 1,5 ml dan 2 ml sebagai pembanding. Pengambilan data dilakukan sebanyak
10x dengan mengamati perubahan tegangan keluaran pada sensor fototransistor
sehingga mampu mengetahui LED mana yang lebih stabil digunakan sebagai
sumber cahaya. Hasil uji coba LED dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 4.5 Hasil Pengamatan Uji transmisi Larutan pada LED yang berbeda dengan menggunakan HCl 1,5 ml
Gambar 4.10 Grafik Uji transmisi Larutan pada LED yang berbeda dengan menggunakan HCl 1,5 ml
Tabel 4.6 Hasil Pengamatan Uji transmisi Larutan pada LED yang berbeda dengan menggunakan HCl 2 ml
Gambar 4.11 Grafik Uji transmisi Larutan pada LED yang berbeda dengan menggunakan HCl 2 ml
Dari tabel dan grafik diatas menunjukan bahwa LED biru tidak stabil
digunakan sebagai sumber cahaya dalam alat pengukuran kadar hemoglobin
darah. Baik saat reagen HCl 1,5 mL dan 2 mL LED biru tidak bisa bekerja secara
konsisten. Pada LED merah terbilang stabil dengan tegangan 0,10 volt dengan
menggunakan reagen HCl 1,5 ml namun saat menggunakan reagen HCl 2 ml LED
merah tetep menunjukan tegangan 0,10 volt. Hal ini menunjukan bahwa LED
merah tidak dapat menembus cairan berwarna coklat. Berbeda halnya dengan
LED hijau, saat menggunakan reagen HCl 1,5 ml menunjukan tegangan stabil
diangka 0,19 volt. Begitu pula pada saat menggunakan reagen HCl 2 ml
menunjukan tegangan sebesar 0,15 volt dengan stabil. Oleh sebab itu LED hijau
darah yang memiliki larutan berwarna coklat tua. Arus yang diberikan pada LED
terbilang stabil karena dapat dilihat pada LED hijau lebih konstan tidak
mengalami perubahan, sedangkan pada LED biru terjadi perubahan karena tidak
mengalami absorban dengan baik.
4.2.3 Uji Linieritas Sensor Fototransistor
Pengujian kelinieran fototransistor dilakukan dengan membandingkan
intensitas cahaya yang mengenainya dengan tegangan keluaran dari fototransistor
tersebut. Hasil selengkapnya dapat dilihat pada tabel 4.7.
Tabel 4.7 Uji Linieritas Sensor Fototransistor
Intensitas Sumber Cahaya
Berdasarkan tabel di atas dapat kita simpulkan bahwa pada fototransistor,
hubungan antara intensitas cahaya dengan tegangan keluaran fototransistor dapat
dikatakan berbanding lurus, atau dengan kata lain fototransistor relatif linier untuk
digunakan dalam pembuatan alat yang bersangkutan.
4.2.4 Uji Rangkaian Sensor Fototransistor Terhadap Hemoglobin
Pada rangkaian ini dilakukan pengujian kadar Hemoglobin untuk
mengetahui tegangan output maksimum dan minimum yang diperoleh rangkaian
Tabel 4.8 Analisis Tegangan Output Sensor
Dari data diatas nantinya akan dapat dihitung regresi liniernya. Dimana
kadar Hemoglobin sebagai sumbu x dan Vout (rata-rata) sebagai sumbu y,
sehingga didapat suatu persamaan garis lurus dengan rumus :
Vout = 0,0675 + (0,0084 x Hb)
Sedangkan untuk data-data di luar range pengukuran tersebut (kadar HB
0-10,7g% dan 15,7-25g%), diasumsikan linier dengan persamaan garis sama
seperti data-data dalam range pengukuran. Ini karena data-data diluar range
pengukuran sulit didapatkan.
Dari data diatas dapat disimpulkan bahwa sensor pabrikan everlight ini
memiliki kepekaan yang baik. Hal ini terbukti dengan membandingkan tiap kadar
HB yang berbeda sensor mampu membaca dengan baik. Namun penulis
mengalami kesulitan dengan keterbatasan sampel yang tersedia diatas 15,6 g%.
4.2.5 Uji Rangkaian Amplifier Terhadap Hemoglobin
Pengujian rangkaian amplifier dilakukan untuk mengetahui nilai minimum
dan maksimum dari output pada amplifier ini. Dari nilai minimum dan maksimum
tersebut nantinya didapat rumus persamaan linier sebagai pengkonversian dari
nilai ADC ke kadar hemoglobin. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 4.8.
Tabel 4.9 Analisis Tegangan Operational Amplifier
Kadar Hb g% Volt Sensor Volt Op-Amp ADC
Gambar 4.12 Grafik Linieritas Amplifier
Uji Op-Amp pada penelitian ini menunjukan adanya linieritas antara
sensor dan juga op-amp. Persamaan linieritas inilah yang nantinya digunakan
sebagai acuan alat pengukuran kadar hemoglobin darah. Dimana bila x sebagai
nilai byte ADC dan y sebagai nilai kadar HB maka persamaan liniernya adalah :
y = ax + b
Hb = (-8.735 * ADC) + 0,05392
Dimana persamaan linier tersebut akan dimasukan kedalam program
mikrokontroler untuk dikonversi nilai ADC menjadi Hemoglobin. Kekurangan
dalam pengujian ini ialah sulitnya mendapatkan sampel yang memiliki
Hemoglobin yang sangat kecil dan Hemoglobin yang tinggi sehingga data
linieritas kurang maksimal.
4.2.6 Uji Alat Secara Keseluruhan
Pengujian alat secara keseluruhan dilakukan dengan membandingkan
hasil pengukuran kadar Hemoglobin dengan menggunakan alat standart yaitu
hemalology analyzer (analisis darah) di RSIA Nur Ummi Numbi. Pengujian
dilakukan dengan melakukan uji banding sebanyak satu kali pengukuran karena
keterbatasan sampel yang ada. Hasil yang diperoleh secara lengkap dapat dilihat
Tabel 4.10 Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan
Rata – rata Kesalahan : 1.518276 98.48172
Tingkat akurasi alat pengukuran kadar hemoglobin dalam menentukan
nilai kadar Hemoglobin dihitung melalui persama :
Ketelitian alat = 100 % - persentase kesalahan
= 100 % - 1.58 %
= 98.48 %
Jadi, tingkat akurasi dari kadar hemoglobin darah pada alat ini adalah
98,48 % dengan persentase kesalahan 1,51 %. Permasalahan yang terjadi pada
pengukuran kadar hemoglobin darah ialah saat pembuatan sampel yang masih
dilakukan secara manual menggunakan pipet kapiler sahli. Pengambilan darah
yang berlebih dapat menyebabkan nilai dari pengukuran berbeda.
4.3 Pembahasan
Pengukuran kadar hemoglobin secara keseluruhan harus diuji ketepatan
sistem kerjanya. Data yang diambil dari masing-masing pengujian digunakan
Sumber cahaya merupakan komponen pokok utama dalam penelitian ini.
Pengujian sumber cahaya dilakukan dengan mengukur panjang gelombang dan uji
absorbsi LED. Hasil pengujian panjang gelombang LED biru 501 nm, panjang
gelombang LED merah 617,83 nm, panjang gelombang LED hijau 553,67 nm.
Diketahui panjang gelombang LED warna merah (610-800 nm) dan hijau
(500-560 nm) sesuai dengan range ketentuan warna panjang gelombang. Sedangkan
warna biru (435-480 nm) tidak sesuai dengan range panjang gelombang
sebenarnya. Hal ini bisa disebabkan kurang sempurnanya dalam mengamati garis
n-kanan dan n-kiri dari kisi difraksi.
Uji transmisi larutan dilakukan untuk mengetahui LED yang cocok dalam
penggunaan sumber cahaya. LED yang diuji ialah LED biru, merah, dan hijau.
Pengujian menggunakan sensor sebagai pembacaan tegangan keluaran yang
terjadi untuk memperoleh linieritas. Arus yang diberikan pada LED harus stabil
untuk menghindari kesalahan pada perolehan data. Hasil uji pada LED biru
tegangan tidak stabil sedangkan pada LED merah tidak dapat mengabsorbsi
dengan baik karena tegangan output pada sensor tidak berubah saat volume
reagen ditambahkan. Hal ini berbeda dengan LED hijau yang memiliki tegangan
stabil bila dibandingkan dengan LED biru. Saat ditambah volume reagen, LED
hijau dapat berubah dan stabil pada 1 menit selanjutnya. Pengujian ini
membuktikan bahwa LED hijau saat cocok digunakan sebagai sumber cahaya.
Pada Fotometer hemoglobin penyerapan yang baik pada panjang gelombang 540
Penggunaan sensor cahaya diperlukan pengujian linieritas sensor. Hasil
pengujian dapat dilihat pada tabel 4.7. Sensor fototransistor yang digunakan ialah
sensor fototransistor everlight type PT344-6C memiliki linieritas sebesar 0,978
yang artinya mendekati angka 1. Jadi hal ini dapat dikatakan bahwa sensor dapat
digunakan dengan baik. Begitu pula pada uji amplifier, uji ini dilakukan untuk
memperoleh linieritas pada nilai ADC dimana nilai ADC inilah yang akan
dikonversi ke nilai kadar Hemoglobin. Dimana nilai ADC sebagai sumbu x dan
nilai kadar hemoglobin sebagai sumbu y. Uji Amplifier ini memiliki linieritas
0,994 yang hampir mendekati nilai 1.
Pengujian alat keseluruhan dilakukan utuk mengatahui apakah alat sudah
bekerja dengan baik atau tidak. Pengujian dilakukan dengan membandingkan alat
penelitian dengan hemotology analyzer yang sudah ada. Dari hasil pengujian alat
ini telah berhasil dibuat dengan persentase kesalahan sebesar 1,58% dan ketelitian
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
Berdasarkan analisis data dan pembahasan yang dilakukan dalam
penelitian ini dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. LED hijau mampu diserap oleh larutan dan sebagian ditransmisikan
sehingga mampu ditangkap oleh detektor fototransistor. Sedangkan pada
LED biru dan LED merah
2. Alat Pengukuran Hemoglobin berbasis mikrokontroler telah dibuat dan
dapat bekerja dengan cukup baik. Alat Pengukuran Kadar Hemoglobin ini
dapat digunakan untuk menggantikan alat pengukuran manual seperti
metode sahli.
3. Alat pengukuran kadar hemoglobin yang telah dibuat mempunyai rata-rata
persentase kesalahan sebesar 1,58% dengan tingkat akurasi sebesar
98,84%.
5.2 Saran
Berikut ini adalah beberapa saran yang dapat dipertimbangkan untuk
penyempurnaan penelitian lebih lanjut :
1. Dalam pengembangan berikutnya diharapkan menggunakan pipet otomatis
2. Perlu penelitian secara lanjut mengenai panjang gelombang dan reagen
yang cocok tepat digunakan sebagai pengukuran kadar hemoglobin.
3. Pemilihan sensor yang tepat dapat mengoptimalkan kinerja alat
4. Untuk pengembangan lebih lanjut dapat menggunakan jalur data 16 bit