PERANCANGAN PERANGKAT MONITORING ECG (ELECTROCARDIOGRAM) DENGAN VISUALISASI LCD GRAFIS BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535 DESIGN DEVICE ECG MONITORING WITH VISUALISATION OF
LCD GRAFIC BASED MIKROKONTROLLER ATMEGA8535
Trio Novrizal¹, -²
¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom
Abstrak
Elektrokardiogram (EKG) merupakan sinyal fisiologis yang dihasilkan oleh aktifitas kelistrikan jantung. Sinyal ini direkam menggunakan perangkat elektrokardiograf. Perangkat ini bemacam-macam bentuknya sesuai dengan kepentingan perekaman sinyal EKG yang dilakukan. Misalnya untuk standard clinical EKG, menggunakan 12 elektroda, dan peraga bisanya berupa kertas rekam ECG, sedangkan untuk monitoring EKG, digunakan 1 atau 2 elektroda dengan peraga berupa sinyal yang ditampilkan pada CRT. Perangkat ini relatif mahal karena produksi yang terbatas dan penggunaan yang cukup spesifik.
Tujuan Tugas Akhir ini adalah sistem elektrokardiograf dengan visualisai LCD grafis dan dengan perangkat yang lebih sederhana agar mudah untuk mengaplikasikanya.
Tugas Akhir ini merealisasikan perangkat pengkodisian EKG terdiri dari elektroda sebagai tranduser untuk mendapatkan sinyal EKG dari tubuh, penguat biopotensial agar EKG mudah untuk diukur dan diakuisisi, filter untuk mendapatkan sinyal informasi dari tubuh pada lebar pita yang tepat sebagai EKG. Perangkat mikrokontroler untuk mengolah sinyal agar dapat
ditampilkan di LCD garfis dan perangkat LCD grafis untuk menampilkan sinyal EKG secara grafis dan memonitor kerja jantung seseorang secara kontinyu.
Kata Kunci :
Abstract not available Keywords :
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Elektrokardiogram (EKG) merupakan sinyal fisiologis yang dihasilkan oleh aktifitas kelistrikan jantung. Sinyal ini direkam menggunakan perangkat elektrokardiograf. Perangkat ini bemacam-macam bentuknya sesuai dengan kepentingan perekaman sinyal EKG yang dilakukan. Misalnya untuk standard clinical EKG, menggunakan 12 elektroda, dan peraga bisanya berupa kertas rekam EKG, sedangkan untuk monitoring EKG, digunakan 1 atau 2 elektroda dengan peraga berupa sinyal yang ditampilkan pada CRT. Perangkat ini relatif mahal karena produksi yang terbatas dan penggunaan yang cukup spesifik.
Salah satu contoh aplikasi dari alat yang dirancang adalah memonitor kerja jantung seseorang secara kontinyu. Kita akan dapat melihat kondisi jantung seseorang dari hasil sinyal EKGnya. Pemantauan mengenai kondisi kesehatan jantung seseorang tersebut dilakukan secara terus menerus. Dimungkinkan berbagai perubahan kondisi dapat terjadi dan dengan cepat dideteksi untuk kemudian mengambil langkah-langkah berikutnya.
Alat monitoring EKG dengan visualisasi LCD grafis ini dapat menghasilkan sinyal keluaran EKG dengan jelas di layar LCD. Penggunaan LCD grafis sendiri untuk visualisasi memiliki keunggulan dari segi ekonomi lebih murah. Hal ini memudahkan kita untuk mengaplikasikannya. Alat yang dibuat akan mendeteksi sinyal EKG secara otomatis yang diolah secara elektronik dan ditampilkan pada display LCD, sehingga akan memberikan kemudahan bagi kalangan medik.
1.2 Tujuan Dan Kegunaan Penulisan 1.2.1 Tujuan
Adapun tujuan penelitian ini yaitu merancang dan merealisasikan
sebuah Perangkat monitoring EKG dengan visualisasi LCD grafis,
1.2.2 Kegunaan
Sistem ini mampu memonitor sinyal EKG seseorang secara kontinyu di dalam melakukan aktifitasnya dan menampilkannya di LCD grafis, sehingga memudahkan para medis untuk mengontrol kondisi pasien, serta dapat mempercepat proses penanganan yang diperlukan oleh pasien ketika dalam kondisi kritis, sehingga dapat mengurangi resiko kematian pada pasien.
1.3 Permasalahan
Secara garis besar ada dua hal yang akan dibahas dalam penyusunan Tugas Akhir ini, yaitu :
Perancangan dan realisasi Pengkondisian sinyal EKG agar pengukuran sinyal EKG dapat dilakukan dengan mudah.
Perancangan dan realisasi Perangkat monitoring EKG dengan visualisasi LCD grafis dengan pengaturan sinyal menggunakan mikrokontroler ATMEGA8535
1.4 Pembatasan Masalah
Adapun batasan-batasan masalah dalam Tugas Akhir Desain dan Realisasi
Perangkat monitoring EKG dengan visualisai LCD grafis adalah sebagai berikut:
1. Melakukan perancangan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak
(software) pada mikrokontroler ATMEGA8535 yang direalisasikan untuk
pengolahan data sinyal EKG yang dihasilkan oleh rangkaian EKGnya itu
sendiri.
2. Visualisasi menggunakan LCD grafis.
3. Bagaimana agar output pada LCD grafik sesuai dengan hasil yang
diinginkan.
4. Digunakan hanya untuk satu kanal saja.
1.5 Metodologi
Metode penelitian yang akan digunakan pada tugas akhir ini adalah:
1. Studi literature untuk memperoleh data – data yang lengkap dan karakteristik komponen – komponen yang bersangkutan pada sistem perangkat yang akan dibuat. 2. Melakukan konsultasi pada pihak – pihak yang menguasai materi baik mengenai
pemrogaman mikrocontroler ATMEGA8535 maupun perangkat keras pada sistem yang akan dibuat sehingga menunjang kelancaran dalam penelitian dan juga dalam rancang bangun sistemnya
3. Merumuskan dan mengkaji masalah dengan berbagai referensi yang mendukung. 4. Tahapan perencanaan kerja yang dilakukan untuk merealisasikan proyek akhir.
Adapun tahapan-tahapan kerja yang dilakukan adalah sebagai berikut : Membuat block-block diagram sistem yang akan direalisasikan, pengambilan data dalam hal ini berupa sinyal keluaran dari tiap-tiap block diagram sistem dan untuk menganalisa data tersebut, teknik-teknik analisa apa saja yang akan digunakan.
• Yang pertama yaitu pembuatan block diagram sistem. Adapun block diagram sistem secara umum yang akan direalisasikan adalah sebagai berikut:
Sistem Kerja dari Perangkat diatas adalah yang pertama kita akan mengukur sinyal EKG dari seseorang dan selanjutnya sinyal hasil keluaran EKG tersebut akan diproses oleh mikrokontroler, selanjutnya sinyal hasil proses tersebut akan ditampilkan di LCD melalui pengaturan mikrokontroler.
Keterangan Gambar Blok :
Berikut ini penjelasan pada masing-masing blok pada gambar 1.
1) EKG
Blok ini berfungsi melakukan proses pembentukan sinyal EKG.
2) Blok Pengontrol ATMEGA8535
Berfungsi mengolah data masukan dan keluaran yang berasal dari rangkaian EKG dan mengeluarkan data dan sinyal kendali kerangkaian driver LCD Grafik.
3) Blok LCD Graphic
Berfungsi untuk menampilkan data yang diproses dalam format grafis, menggunakan LCD grafik dengan resolusi 128x64.
4) Blok Power Supply
Berfungsi sebagai input tegangan 5 Volt DC yang berfungsi memberikan supply tegangan pada setiap rangakaian yang terhubung dengan sistem.
Untuk pengkondisian sinyal EKG dibuat block diagramnya sebagai berikut :
Gambar 2 : Block diagram pengkondisian sinyal EKG
• Yang kedua yaitu pengambilan data dalam hal ini sinyal hasil keluaran tiap block-block diagram system. Didalam pengambilan data penulis akan menggunakan alat
ukur sebagai berikut : Osciloscop, multimeter, power supplay dan lain-lain. Setelah pengambilan data dilakukan, selanjutnya menganalisa hasil tersebut untuk membuktikan bahwa system yang direalisasikan telah bekerja . Selain itu untuk menguji hasil keluaran sinyal EKGnya sudah baik akan dilakukan pengambilan sample sebanyak 15 orang.
• Yang ketiga yaitu teknik-teknik analisa apa saja yang digunakan. Tenik analisis yang digunakan dalam penelitian ini mencakup, analisis rangkaian, serta analisis sistem keseluruhan. Analisis Rangkaian, dilakukan dengan bantuan alat-alat ukur karena pada analisis sinyal ini diperlukan pengaturan arus serta tegangan drop yang dibutuhkan untuk mensuplay suatu bagian dari rangkaian yang dibuat. Analisis Sistem, dilakukan pada output yang dihasilkan yang nantinya dibandingkan dengan hasil – hasil lainnya.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada Tugas Akhir ini dibagi menjadi beberapa bab yang meliputi :
Bab I : PENDAHULUAN
Membahas tentang latar belakang, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan dan metode penelitian dan sistematika pembahasan.
Bab II : DASAR TEORI
Menjelaskan Sinyal EKG pada aplikasi medik yang menggambarkan kondisi kesehatan jantung pasien., konsep dasar dari masing – masing sub sistem yaitu : Sinyal EKG, Pengambilan Sinyal EKG, Penguatan, Filtering, DAC.
Bab III : PERANCANGAN DAN REALISASI
Menjelaskan proses perancangan rangkaian dan perhitungan nilai-nilai komponen yang digunakan dan merealisasikannya sesuai dengan komponen yang ada dipasaran
Bab IV : PENGUKURAN DAN ANALISA
Berisi mengenai pengukuran parameter – parameter performansi dari masing – masing subsistem dan menganalisa hasil pengukuran dengan membandingkan dengan spesifikasi yang telah dirancang.
Bab V : KESIMPULAN DAN SARAN
Berisi kesimpulan dari perancangan, realisasi dan analisa yang telah dilakukan dan saran untuk pengembangan lebih lanjut
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
BAB IV
PENGUKURAN DAN ANALISIS
Pengukuran merupakan proses yang dilakukan untuk memperoleh data nilai ukur dari alat yang dibuat sehingga diketahui karakteristik dan spesifikasinya. Dari hasil pengukuran ini dibuat analisa yang akan membandingkan sejauh mana alat kita memiliki kesesuaian antara spesifikasi perancangan dengan spesifikasi pengukuran. Pengujian dilakukan untuk mengetahui kemampuan kinerja alat yang telah dibuat.
Pengukuran dan pengujian yang dilakukan meliputi : Pengujian sumber daya.
Pengujian simulator EKG.
Pengujian untuk beberapa sampel. Pengujian tampilan LCD
4.1 Pengujian Sumber Daya
Untuk melakukan pengujian terhadap sistem elektrokardiogarf, dibutuhkan sumber daya DC 9V, -9V, dan 5V. Sumber aya ini sangat menentukan pengujian sistem elektrokardiograf, karena bila terdapat kesalahan keluaran pada rangkaian sumber daya akan mengakibatkan kesalhan pada pengujian sistem elktrokardiograf yang akan di uji. Pada pengujian sumber daya digunakan multimeter analog. Hasil pengujian ditunjukkan pada tabel IV.1.
Masukan (Volt) Keluaran (Volt)
9 -9 5
220 8.91 -8.89 4.95
Tabel IV.1 Pengujian sumber daya
Pada pengujian sumber aya, tegangan keluaran memiliki kesalahan berkisar 0.1 Volt, hal ini disebabkan karena rangkaian sumber daya merupakan rangkaian terbuka
sehingga pengaturan ketepatan keluaran tidak maksimal dan disebabkan juga oleh toleransi komponen yang digunakan.
4.2 Pengukuran dan Analisa Pengkondisian Sinyal EKG
Penguat Sinyal EKG telah diimplementasikan dalam satu board PCB yang difokuskan hanya untuk mendapatkan sinyal EKG yang baik. Penguat Sinyal EKG ini diimplementasikan dalam beberapa blok sistem.
Bentuk sinyal keluaran yang diukur dengan menggunakan osiloscope dari masing-masing blok tiap sistem yang telah dirancang dan diimplementasikan adalah sebagai berikut.
4.2.1 Penguat Sinyal Awal
Sinyal keluaran dari blok ini adalah sinyal EKG yang diambil dari tubuh melalui tranducer dan dikuatkan dengan OpAmp Penguat Diferensial AD620.
Sinyal EKG dari tubuh pasien mempunyai amplituda sekitar 0,5 – 3 mVolt yang ini merupakan selisih sinyal yang dihasilkan tangan kanan (RA) yaitu sekitar ±7 mVolt dengan sinyal yang dihasilkan oleh tangan kiri (LA) yaitu sekitar ± 4 mVolt dan dengan menggunakan AD620 sinyal EKG ini dikuatkan 10 kali sehingga level amplituda / tegangan menjadi sekitar 5 - 30 mVolt.
Dari gambar dapat dilihat sinyal keluaran AD620, namun sinyal yang dikuatkan ini adalah tidak hanya sinyal EKG, tetapi sinyal yang dianggap sebagai noise juga ikut dikuatkan. Sehingga bentuk sinyal EKG keluaran dari AD620 adalah sebagai berikut
Gambar 4.1 Sinyal EKG keluaran AD620 penguat diferensial 4.2.2 High Pass Filter 0,03 Hz
Setelah sinyal EKG dikuatkan dengan penguat awal AD620 yang telah berada pada level amplituda / tegangan 5 – 30 mVolt dilewatkan pada HPF yang akan meloloskan sinyal frekuensi dengan frekuensi lebih tinggi dari 0,03 Hz, sinyal yang diperoleh sinyal yang sudah bebas dari noise sinyal sumber DC yang mempunyai frekuensi rendah dibawah frekuensi cutoff HPF ini..
Gambar 4.2 Sinyal EKG keluaran HPF
4.2.3 Penguat Kedua
Penguat Kedua ini mempunyai penguatan 100 kali sehingga penguatan total dari penguat EKG ini mencapai 1000 kali agar sinyal EKG dapat mencapai orde Volt. Dari gambar dapat dilihat bahwa pola gelombang P dan T masih belum terlihat akibat tertutup oleh noise.
Gambar 4.3 Sinyal EKG keluaran penguat kedua
4.2.4 Low Pass Filter
Keluaran selanjutnya dari pengkondisian sinyal EKG ini adalah keluaran dari LPF 100Hz yang meloloskan sinyal EKG dengan frekuensi dibawah frekuensi cutoff-nya 100Hz. Output dari LPF inilah yang bisa dipakai sebagai informasi sinyal EKG, yang mengandung sinyal P,QRS dan T, dengan amplituda pada orde 0,5 – 3 Volt.
Gambar 4.4 Sinyal EKG keluaran LPF
Keluaran LPF ini Gelombang P dan T sudah terlihat. Pengujian terakhir memberikan hasil yang paling baik, semua gelombang sudah terlihat dengan jelas meskipun masih ada noise.
Pada gambar masih dapat terlihat noise yang terdapat pada sinyal EKG ini berkisar pada frekuensi diatas 100Hz, hal ini dikarenakan penggunaan Low Pass Filter yang kurang memadai untuk menstop noise tersebut.
4.2.5 Clamper
Besarnya kenaikan tegangan sinyal ditentukan oleh tegangan yang diberikan ketangkaian. Secara teoritis rangkaian akan menghasilkan tambahan tegangan dc pada sinyal masukan sebesar 1.8 Volt. Pengujian dilakukan dengan menggunakan sinyal generator dan osiloskop. Dengan menghubungkan sinyal generatoe ke masukan rangkaian clamper dan hasil keluarannya dihubungkan ke osiloskop, dilakukan
pengukuran rangklaian clamper. Sinyal generator diatur keluaran tegangannya sebesar 1 Volt dan frekuensi 10 Hz. Hasil pengamatan diperoleh sebagai berikut :
Vout = 2.8 Vpp
Dari hasil pengamatan didapat besarnya tegangan keluaran yang dihasilkan merupakan penjumlahan dari tegangan masukan dengan tambahan. Hasil yang diperoelh rangkaian bekerja dengan baik sesuai dengan perancangan. Pada rangkaian ini akan menaikan tegangan -1.8 Volt menjadi nol, sedangkan sinyal dibawah -1.8 Volt masih tetap berpolaritas negative
4.2.6 Pengukuran Parameter EKG dan HeartRate
Tabel 4.1 pengukuran parameter EKG pada pasien
Nama Pengukuran Tegangan P Pengukuran Durasi PQRST Heart Rate Manual Heart Rate Software Khusni 2,348 mVolt 0,7207 84 83 Budi 2,469 mVolt 0,6628 90 88 Resma 1,986 mVolt 0,6821 87 87 Dodi 2,127 mVolt 0,7142 83 83 Jamal 2,592 mVolt 0,6885 88 87 Dito 1,824 mVolt 0,6756 89 89 Adrian 1,953 mVolt 0,6689 87 87 Riza 2,519 mVolt 0,7078 84 83 Gilang 2,473 mVolt 0,7464 79 80 Krisna 2,786 mVolt 0,7078 82 83
Pengukuran pada pasien dilakukan dengan cara manual selama satu menit dan pengukuran secara software setelah data masuk, interval yang diukur untuk mengentahui heart rate adalah interval antara R-R
DAFTAR PUSTAKA
[1] Sutopo Widjaja, ECG Praktis, Binarupa Aksara, Jakarta, 1990, hal i [2] Sutopo Widjaja, ECG Praktis, Binarupa Aksara, Jakarta, 1990, hal 18 - 27 [3] Sutopo Widjaja, ECG Praktis, Binarupa Aksara, Jakarta, 1990, hal 9
[4] Willis J Tompskin, Biomedical Signal Processing, Prentice Hall, New Jersey, 1993 [5] Enrique Company-Bosch and Eckart Hartmann, ECG Front -End Design is
Simplified with Micro Converter.pdf tersedia di:
http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/37-11/ecg.pdf [6] Datasheet AD620. (pdf file). Tersedia di :
www.Analog.com/UploadedFiles/Data_Sheet/3779333000023930AD620_e.pdf
[7] Datasheet ATMEGA8535 (pdf file) tersedia di : www.atmel.com
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
