i
SKRIPSI RANCANG BANGUN SUMBER ALIF SURYANTO
RANCANG BANGUN SUMBER ARUS KONSTAN FREKUENSI
GANDA PADA TOMOGRAFI IMPEDANSI ELEKTRIK (TIE)
UNTUK DIAGNOSA ANOMALI PAYUDARA
SKRIPSI
ALIF SURYANTO
081113011
PROGAM STUDI S1 FISIKA
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
RANCANG BANGUN SUMBER ARUS KONSTAN FREKUENSI GANDA PADA TOMOGRAFI IMPEDANSIELEKTRIK (TIE) UNTUK DIAGNOSA
ANOMALI PAYUDARA
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Bidang Fisika Pada Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga Oleh: ALIF SURYANTO NIM. 081113011 Lulus Tanggal : 25 Januari 2016 Disetujui oleh: Pembimbing I,
Dr. Khusnul Ain, M.Si
Pembimbing II,
iii
LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI
Judul : Rancang Bangun Sumber Arus Konstan Frekuensi
Ganda pada Tomografi Impedansi Elektrik (TIE) untuk Diagnosa Anomali Payudara
Penulis : Alif Suryanto
NIM : 081113011
Pembimbing I : Dr. Khusnul Ain, M.Si.
Pembimbing II : Imam Sapuan, S.Si, M.Si.
Tanggal Sidang : 25 Januari 2016
Disetujui oleh :
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Khusnul Ain, M.Si. Imam Sapuan, S.Si, M.Si.
NIP. 197207051997021001 NIP. 197201181999031001
Mengetahui,
Ketua Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga
Dr. Moh. Yasin, M.Si. NIP. 196703121991021001
SURAT PERNYATAAN TENTANG ORSINALITAS Yang bertanda tangan dibawah ini, saya:
Nama : Alif Suryanto
NIM : 081113011
Program Studi : Fisika
Fakultas : Sains dan Teknologi Universitas Airlangga
Jenjang : Sarjana (S1)
Menyatakan bahwa saya tidak melakukan tindakan plagiat dalam penulisan skripsi saya yang berjudul :
RANCANG BANGUN SUMBER ARUS KONSTAN FREKUENSI GANDA PADA TOMOGRAFI IMPEDANSI ELEKTRIK (TIE) UNTUK DIAGNOSA
ANOMALI PAYUDARA
Apabila suatu saat nanti terbukti melakukan tindakan plagiat, maka saya menerima sanksi yang telah ditetapkan.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar – benarnya.
Surabaya, 25 Januari 2016
Alif Suryanto 081113011
v
PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI
Skripsi ini tidak dipublikasikan namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penulis dan harus menyebutkan sumbernya sesuai tata cara penulisan ilmiah.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis sampaikan ke hadirat Allah SWT, karena berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan naskah skripsi yang berjudul Rancang Bangun Sumber Arus Konstan Frekuensi Ganda pada Tomografi Impedansi Elektrik (TIE) untuk Diagnosa Anomali Payudara.
Naskah skripsi ini merupakan salah satu persyaratan kelulusan mahasiswa dalam menempuh program studi S1 Fisika di Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga.
Dalam penulisan naskah ini penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik demi kesempurnaan penulisan skripsi ini. Penulis sangat berharap semoga penelitian ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak.
Surabaya, 25 Januari 2016 Penulis,
vii
UCAPAN TERIMAKASIH
Naskah skripsi ini dapat diselesaikan oleh penulis tidak terlepas dari dukungan berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada :
1. Pemerintah yang memberi kesempatan kepada penulis untuk kuliah di Universitas Airlangga melalui program beasiswa Bidikmisi.
2. Kepada kedua orang tua, yang selalu mendoakan dan mendukung serta memberikan kesempatan kepada penulis untuk melanjutkan pendidikan hingga jenjang sarjana.
3. Kepada kakek dan nenek yang tidak pernah berhenti mendoakan sehingga cucunya ini dapat menyelesaikan pendidikannya tepat waktu.
4. Bapak Dr. Khusnul Ain, M.Si. sebagai pembimbing I atas segala bimbingan, arahan, dan waktu yang telah diberikan.
5. Bapak Imam Sapuan, S.Si, M.Si sebagai pembimbing II yang telah memberikan arahan dan masukan tentang elektronika dalam pengerjaan perangkat keras.
6. Kepada Ulfa Fatkhul Janna (Almh) yang senantiasa setia menemani, mendukung penulis dan tidak pernah berhenti memberikan semangat, memotivasi serta nasehat kepada penulis selama 4 tahun bersama, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. (Semoga Allah memberimu tempat terbaik disisi-Nya. aamiin).
7. Kepada mas Bayu yang banyak mebantu dalam pengerjaan perangkat keras sekaligus sebagai teman diskusi selama pengerjaan skripsi ini.
8. Kepada teman – teman Fisika Universitas Airlangga 2011 yang selalu mendukung dan mengingatkan penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Terimakasih 4 tahun yang membahagiakan bersama kalian semua keluarga besar “the Koplaks Community”.
9. Kepada Arif, Patria, Isa, Hendita, Qulub, Anita, Bimbi, Shilfi, Faza, dan Renita, teman – teman seperjuangan di Badan Eksekutif mahasiswa FST yang selalu memberikan motivasi penulis dan terimakasih atas satu tahun kebersamaan serta pengalaman yang banyak kalian bagikan dengan penulis.
Surabaya, 25 Januari 2016 Penulis,
ix
Suryanto, Alif, 2016, Rancang Bangun Sumber Arus Konstan Frekuensi Ganda pada Tomografi Impedansi Elektrik(TIE) untuk Diagnosa Anomali Payudara, Skripsi ini dibawah bimbingan Dr. Khusnul Ain, M.Si. dan Imam Sapuan, S.Si, M.Si, Program Studi S1 Fisika, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga.
ABSTRAK
Telah dibuat perangkat keras sistem tomografi impedansi elektrik (TIE) frekuensi ganda untuk mendeteksi anomali payudara. Dalam penelitian digunakan phantom sebagai medium penelitian dengan diameter 13 cm dilengkapi dengan 16 buah elektroda yang terbuat dari lempengan tembaga dan wortel (Daucus Carota) sebagai anomali. Elektroda bertugas menginjeksikan arus dari demultiplekser serta mengalirkan beda potensial menuju multiplekser untuk diukur menggunakan osiloskop digital. Arus yang digunakan berupa arus bolak – balik (AC), dihasilkan oleh rangkaian
Voltage Controlled Current Source (VCCS) yang menerima masukan tegangan dari
Osilator XR2206. Osilator XR2206 mampu menghasilkan sinyal sinusoidal dengan besar amplitudo maksimal 0,7 Volt, sedangkan besarnya nilai frekuensi sinyal dapat ditentukan dengan memilih switch pada kapasitor, untuk frekuensi 10 kHz dipilih
switch nomor 3, dan untuk frekuensi 100 kHz menggunakan switch nomor 4.
Mikrokontroller Atmega8535 digunakan untuk mengendalikan keluaran dan masukan dari demultiplekser dan multiplekser. Dari hasil penelitian, diketahui bahwa pada frekuensi 10 kHz VCCS dapat menghasilkan arus konstan ketika diberi masukan 0,7 Volt, sedangkan pada frekuensi 100 kHz, arus konstan dihasilkan oleh masukan 0,35 Volt. Hasil perbandingan dari dua frekuensi menunjukkan hasil citra yang lebih jelas, dibandingkan menggunakan frekuensi tunggal.
Suryanto, Alif, 2016, Design of Constant Current Source Dual Frequency on Electrical Impedance Tomography (EIT) for Diagnosis of Breast Anomaly, this thesis was under guidance of Dr. Khusnul Ain, M.Si. and Imam Sapuan, S.Si. M.Si. S1 Physics, Physics Department, Faculty of Science and Technology, Airlangga University.
ABSTRACT
The electrical impedance tomography (EIT) dual frequency is a system hardware for detecting breast anomalies has made. Phantom used in this research as a medium with a diameter about 13 cm, is was equipped with 16 pieces of electrodes which made of copper plates and carrots (Daucus Carota) as an anomaly. The electrode functions are to inject demultiplexer’s current and drain the voltage to the multiplexer using a digital oscilloscope. The currents that used is alternating current (AC), is produced by a series of Voltage Controlled Current Source (VCCS), which receives the input voltage from the oscillator XR2206. XR2206 oscillator capable of produce sinusoidal signal with a maximum amplitude until 0.7 Volt, while the value of the signal frequency can be determined with selecting the switch on the capacitor, for 10 kHz frequency selected switch number 3, and to 100 kHz frequency using switch number 4. Atmega8535 microcontroller used to control the output and the input from the demultiplexer and a multiplexer. In this research, it was known that at a frequency of 10 kHz can produce a constant current VCCS when given an input of 0.7 Volt, while the frequency of 100 kHz, the constant current produced by 0.35 Volt input. The comparison of the two frequencies show a better image results, than use a single frequency.
xi DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ... i
LEMBAR PERNYATAAN ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR ORISINILITAS ... iv
LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ... v
KATA PENGANTAR ... vi
UCAPAN TERIMAKASIH ... vii
ABSTRAK ... ix
ABSTRACT ... x
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xviii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Rumusan Masalah ... 5 1.3. Batasan Masalah ... 5 1.4. Tujuan Penelitian ... 5 1.5. Manfaat Penelitian ... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Prinsip Tomografi ... 7
2.2. Anatomi Payudara ... 9
2.2.1. Anatomi Normal Payudara ... 9
2.2.2. Anatomi Tumor/Kanker Payudara ... 10
2.2.3. Perbedaan Sel Normal dan Sel Kanker ... 11
2.3. Wortel (Daucus Carrota) ... 12
2.5. Osilator ... 14
2.4.1. Modulasi ... 17
2.6. Rangkaian Buffer ... 18
2.7. Rangkaian Voltage Controlled Current Source ... 20
2.8. Multiplekser dan Demultiplekser ... 21
2.9. Elektroda ... 22
2.10.Mikrokontroller ... 23
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ... 28
3.2. Bahan dan Alat Penelitian ... 28
3.3. Prosedur Penelitian ... 28
3.4. Cara Kerja Sistem ... 32
3.5. Tahap Perancangan Sistem ... 33
3.6. Perwujudan Alat ... 35
3.6.1.Rangkaian Osilator 35
3.6.2.Rangkaian VCCS 36 3.6.3.Multiplekser dan Demultiplekser 37 3.6.4.Rangkaian Buffer 38
3.6.5.Phantom Eksperimen 38
3.6.6.Mikrokontroller 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Perancangan Perangkat Keras ... 40
4.1.1. Rangkaian Power Supply ... 41
4.1.2. Rangkaian Osilator ... 41
4.1.3. Rangkaian VCCS ... 42
4.1.4. Rangkaian Buffer ... 43
4.1.5. Rangkaian Multiplekser dan Demultiplekser ... 44
xiii
4.2.Pembahasan ... 47
4.2.1. Analisis Kinerja Perangkat Keras ... 47
4.2.1.1. Analisis Rangkaian Osilator ... 47
4.2.1.2. Analisis Rangkaian VCCS ... 48
4.2.1.3. Analisis rangkaian Buffer ... 55
4.2.1.4. Analisis Minimum Sistem Atmega8535 ... 56
4.2.1.5. Analisis rangkaian Multiplekser dan Demultiplekser .. 57
4.2.2. Analisis Hasil Pengukuran Perangkat Keras Tmografi Impedansi Elektrik (TIE) ... 61
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1.Kesimpulan ... 70
5.2.Saran ... 71
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Tabel Halaman
2.1 2.2. 2.3. 3.1. 4.1. 4.2.
Nilai konduktivitas dari jaringan payudara normal dan jaringan kanker
Fungsi pin pada XR-2206
Konfigurasi Pin pada IC CD4051B Tabel Konfigurasi Pin Atmega8535
Rentang Frekuensi pada masing-masing switch
Data Pengujian VCCS pada frekuensi 10 kHz dengan Input 0,7 Volt 12 15 22 39 48 49
4.3. Data Pengujian VCCS pada frekuensi 10kHz dengan Input
0,35 Volt 50
4.4. Data Pengujian VCCS pada frekuensi 10kHz dengan Input
0,18 Volt 51
4.5. Data Pengujian VCCS pada frekuensi 100kHz dengan Input
0,7 Volt 52
4.6. Data Pengujian VCCS pada frekuensi 100kHz dengan Input
0,35 Volt 53
4.7 Data Pengujian VCCS pada frekuensi 100kHz dengan Input
0,18 Volt 54 4.8. 4.9. 4.10. 4.11. 4.12.
Hasil Pengujian Rangkaian buffer Tabel Kebenaran Proses Injeksi Arus Hasil Uji Keluaran Injeksi Arus
Tabel Kebenaran Proses Pengukur Tegangan Hasil Uji Keluaran Pengukur Tegangan
56 58 59 60 61
xv
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Gambar Halaman
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 4.1.
Distribusi garis-garis isopotensial Anatomi payudara Normal Anatomi tumor Payudara
Konduktivitas air (saline) dengan dua objek, agar dan carrot Diagram Blok XR-2206 Skematik IC XR-2206 Frequency sweep Rangkaian VCCS Rangkaian Buffer IC CD4051B
Konfigurasi Pin Atmega8535 Sistem Minimum Atmega8535 Diagram alir penelitian
Rancangan sistem Tomografi Impedansi Elektrik Skematik IC XR-2206
Rangkaian VCCS Dual-Op-Amp
Skematik pengukuran arus keluaran dari VCCS Rangkaian Buffer
Phantom Eksperimen
Sistem Tomografi Impedansi Elektrik (TIE)
7 9 11 13 15 16 17 18 20 22 27 27 29 34 35 36 37 38 38 40 4.2. Rangkaian power supply. (a) skematik rangkaian, (b)
4.3. Rangkaian Osilator. (a) skematik, (b) hasil rangkaian
osilator 42
4.4. Rangkaian VCCS. (a) skematik, (b) Hasil rangkaian
VCCS 43
4.5. Rangkaian buffer. (a) skematik, (b) hasil rangkaian buffer
44
4.6. Rangkaian injeksi arus. (a) skematik, (b) hasil rangkaian
injeksi arus 45
4.7. Rangkaian pengukur tegangan. (a) skematik (b) hasil
rangkaian pengukur tegangan 45
4.8. Rangkaian minimum sistem Atmega8535. (a) skematik,
(b) hasil rangkaian minimum sistem 46
4.9. Phantom Eksperimen 47
4.10. Sinyal keluaran dari osilator (a) frekuensi 10KHz dan (b)
frekuensi 100KHz 48
4.11. Grafik hubungan antara arus keluaran dan beban (f : 10
kHz) 49
4.12. Grafik hubungan antara arus keluaran dan beban (f : 10
kHz) 50
4.13. Grafik hubungan antara arus keluaran dan beban (f : 10
kHz). 51
4.14. Grafik hubungan antara arus keluaran dan beban (f : 100
kHz) 53
4.15. Grafik hubungan antara arus keluaran dan beban (f : 100
kHz) 54
4.16. Grafik hubungan antara arus keluaran dan beban (f : 100
kHz) 55
4.17. Data pengukuran beda potensial dengan 16 elektroda pada medium air. (a) frekuensi 10kHz, (b) frekuensi 100kHz.
xvii
4.18. Data pengukuran beda potensial dengan objek wortel pada posisi antara elektroda 1 dan 2. (a) frekuensi 10kHz, (b) frekuensi 100kHz.
65
4.19. Hasil rekonstruksi citra antara medium air dengan objek wortel. (a) gambar phantom dan hasil rekosntruksi pada frekuensi 10kHz. (b) gambar phantom dan hasil
rekosntruksi pada frekuensi 100kHz. (c) hasil rekonstruksi perbandingan antara data wortel 10kHz dengan wortel 100kHz.
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran – 1. Data pengukuran medium air pada frekuensi 10 kHz
Lampiran – 2. Data pengukuran medium air + wortel pada frekuensi 10 kHz Lampiran – 3. Data Pengukuran medium air pada frekuensi 100 kHz
Lampiran – 4. Data pengukuran medium air + wortel pada frekuensi 100 kHz Lampiran – 5. Skematik Power Supply
Lampiran – 6. Skematik Rangkaian Osilator Lampiran – 7. Skematik Rangkaian VCCS
Lampiran – 8. Skematik Ragkaian VCCS + Injeksi Arus Lampiran – 9. Skematik Rangkaian Buffer
Lampiran – 10. Skematik Pengukur Tegangan
Lampiran – 11. Skematik Sistem Minimum Atmega 8535 Lampiran – 12. Listing Program Mikrokontroller Atmega 8535 Lampiran – 13. Datasheet Komponen :
1. XR 2206 2. LM 4562
3. CD4052, CD4051 4. LM 324
