RANCANG BANGUN ALAT UKUR KADAR GULA DARAH BERBASIS ARDUINO UNO SKRIPSI SANGKOT RIANA

(1)

RANCANG BANGUN ALAT UKUR KADAR GULA DARAH BERBASIS ARDUINO UNO

SKRIPSI

SANGKOT RIANA 150801019

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2019

(2)

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

SANGKOT RIANA 150801019

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2019

(3)

RANCANG BANGUN ALAT UKUR KADAR GULA DARAH BERBASIS ARDUINO UNO

SKRIPSI

Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2019

Sangkot Riana 150801019

(4)

(5)

PERNYATAAN

RANCANG BANGUN ALAT UKUR KADAR GULA DARAH BERBASIS ARDUINO UNO

SKRIPSI

Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.

Medan, Agustus 2019

Sangkot Riana 150801019

(6)

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan Berkat dan Karunia – Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Rancang Bangun Alat Ukur Kadar Gula Darah Berbasis Arduino Uno dengan amat baik.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapat bimbingan dan petunjuk dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1. Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S sebagai dekan FMIPA USU, Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S Selaku Kepala Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Awan Magfirah, S.Si, M.Si, selaku sekertaris Departemen Fisika FMIPA USU beserta seluruh staf pengajar dan pegawai Departemen Fisika FMIPA USU.

2. Bapak Prof, Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc. yang telah memberikan waktu, bimbingan, arahan, dan pelajaran berharga dalam proses penyempurnaan Tugas Akhir ini. Terima kasih sebesar – besarnya pak. Allah swt yang membalas kebaikan bapak.

3. Bapak Tua Raja Simbolon, M.Si sebagai dosen penguji satu dan sebagai bapak pembimbing di Space baik diperkuliahan, skripsi maupun di lomba yang dilaksanakan baik nasional, maupun internasional yang telah memberikan waktu bimbingan yang sangat menantang dan mengasah otak kepada saya dan tim SPACE baik penelitian baru untuk kelompok SPACE, penelitian untuk lomba nasional maupun internasional khususnya pada skripsi saya . 

Terima kasih sebesar – besarnya, Pak. Tuhan saja yang balas kebaikan bapak.

4. Umak, Papa, saudaraku Imbalo, yang selalu mendoakan dan memberi semangat kepada penulis saat menyelesaikan pendidikan di Fisika USU.

5. Elyana V. Nainggolan, Henny Melini, Harrist Fadhillah Said, Helena Maria Silalahi, Kak Berthianna dan teman Physics Unity (PU) Fisika 2015 khususnya PU Instrumen yang sudah membantu mencari tahu mengenai banyak hal mengenai rancang bangun alat ukur kadar gula darah kepada penulis.

Medan, Agustus 2019

Penulis

(7)

RANCANG BANGUN ALAT UKUR KADAR GULA DARAH BERBASIS ARDUINO UNO

ABSTRAK

Penyakit yang disebabkan oleh diabetes merupakan salah satu jenis penyakit yang banyak diidap oleh rakyat Indonesia. Penyakit diabetes disebakan kandungan glukosa dalam darah melewati batas normal yang dapat menyebabkan kematian bagi penderitanya. Berdasarkan masalah tersebut, peneliti ingin melakukan rancang bangun alat ukur kadar gula darah berbasis arduino uno. Alat ini bekerja dengan memanfaatkan sinar LED dan fotodioda yang dimana menggunakan LED hijau.

Kemudian dari masukan LED hijau dan fotodioda akan diteruskan oleh pengkondisi sinyal yang terdiri atas rangkaian low pass filter, high pass flter, buffer dan peak detector yang menggunakan arduino uno. Yang diharapkan kedepannya dapat diaplikasikan dalam kehidupan sehari – hari sehingga dapat diobati dengan segera.

Kata Kunci : Arduino Uno, Fotodioda, Glukosa, LED, Pengkondisi Sinyal.

(8)

TOOLS ABSTRACT

Disease caused by diabetes is one type of disease that many people suffer from Indonesia. Diabetes is caused by the glucose content in the blood that exceeds the normal limit that can cause death for sufferers. Based on these problems, researchers want to do the design of Arduino Uno-based blood sugar levels. This tool works by utilizing LED light and photodiodes which use green LEDs. Then from the green LED input and the photodiode will be forwarded by the signal conditioner which consists of a series of low pass filters, high pass flers, buffers and peak detectors that use Arduino Uno. It is expected that in the future it can be applied in daily life so that it can be treated immediately.

Keywords: Arduino Uno, Glucose, LED, Signal Conditioning, Photodiode.

(9)

DAFTAR ISI

Persetujuan I

Pernyataan II

Penghargaan III

Abstrak IV

Abstract V

Daftar Isi VII

Daftar Tabel VIII

Daftar Gambar IX

Daftar Grafik XI

BAB I. PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 2

1.3 Batasan Masalah 2

1.4 Tujuan Penelitian 3

1.5 Manfaat Penelitian 3

1.6 Sistematika Penulisan 3

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 Fotodioda 5

2.2 Rangkaian LED 6

2.3 Rangkaian Pengolah Sinyal 7

a. Low Pass Filter 8

b. High Pass Filter 9

c. Buffer 11

d. Peak Detector 11

2.4 Arduino Uno 12

2.5 Absorpsi Gula Darah 14

2.6 Hukum Beer-Lambert 14

2.7 Sistem Glukosa Darah 15

2.8 Diabetes Mellitus 16

2.9 Kadar Gula Darah 18

2.10 Minimal Model Glukosa Darah Manusia 19

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 21

3.1 Tempat Penelitian 21

(10)

3.3 Bahan Penelitian 21

3.4 Peralatan Penelitian 22

3.5 Prosedur 22

1. Penentuan Spesifikasi Alat 23

2. Perancangan Hardware 23

a. Perancangan Probe Sensor 24

b. Rangkaian Low Pass Filter 25

c. Rangkaian High Pass Filter 25

d. Rangkaian Buffer 26

e. Rangkaian Peak Detector 26

f, Modul Matrix LCD 16X2 27

g. Modul RTC peripheral DS1307 27

3. Perancangan Software 28

4. Perancangan Prototipe 29

5. Kalibrasi Alat 29

6. Pengujian Alat 29

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 30

4.1 Rangkaian LED 30

4.2 Probe Sensor 31

4.3 Rangkaian Pengolah Sinyal 31

4.3.1 Rangkaian Low Pas Filter 31

4.3.2 Rangkaian High Pas Filter 33

4.3.3 Rangkaian Buffer 35

4.3.4 Rangkaian Peak Detector 36

4.4 Modul Matriks LCD 16 X 2 37

4.5 Modul RTC peripheral DS1307 44

4.6 Analog to Digital Converter (ADC) 44

4.6 Kalibrasi dan Pengujian Alat 44

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 49

5.1 Kesimpulan 49

5.2 Saran 49

DAFTAR PUSTAKA 50

LAMPIRAN

(11)

DAFTAR TABEL

Nomor Tabel

Judul Halaman

2.1 Kadar Glukosa Darah 2 Jam Setelah Makan (Prosprandial) Dengan Metode Enzimatik Sebagai Patokan Penyaring dan Diagnosis DML

19

2.2 Penjelasan Simbol Rumus Minimal Model Glukosa Darah

19

4.1 Konfigurasi Kaki LED dan Fotodioda 31

4.2 Data Rangkaian Low Pass Filter 32

4.3 Data Rangkaian High Pass Filter 34

4.4 Data Rangkaian Buffer 35

4.5 Data Rangkaian Peak Detector 36

4.6 4.7

Kadar Gula Darah Puasa

Kadar Gula Darah 2 Jam Setelah Makan

45 47

(12)

Nom o r G a m

b a r

Judul Hala

ma n

2.1 Simbol dan Bentuk Fotodioda 5

2.2 Simbol dan Bentuk Fisik dari LED 6

2.3 Rangkaian Dasar LED 6

2.4 Pemprosesan Sinyal Analog 8

2.5 Pemprosesan Sinyal Digital Dapat Dilakukan Terhadap Sinyal Analog

8

2.6 LPF Pasif dan Tanggapannya 8

2.7 HPF Pasif dan Tanggapannya 10

2.8 Rangkaian Buffer 11

2.9 Rangkaian Peak Detector 12

2.10 Arduino Uno 13

2.11 Spektrum Absorpsi Gula Darah 14

2.12 Sistem Glukosa dan Insulin Pada Darah 16

3.1 Diagram Alir Prosedur Penelitian 23

3.2 Diagram Blok Sistem Perancangan Hardware 23

3.3 Skema Rangkaian Pengolah Sinyal 24

3.4 Perancangan Probe Sensor 24

3.5 Rangkaian Low Pas Filter 25

(13)

3.6 Rangkaian High Pas Filter 26

3.7 Rangkaian Buffer 26

3.9 Modul Matriks LCD 16X2 27

3.10 RTC peripheral DS1307 28

3.11 Flowchart Perancangan Software 28

4.1 Rangkaian LED 30

4.2 Rangkaian Low Pass Filter 32

4.3 Rangkaian High Pass Filter 34

4.4 4.5

Rangkaian Buffer

Rangkaian Peak Detector

36 37

4.

6

Alat Ukur Kadar Gula Darah 43

(14)

Nom o r G r a fi k

Judul Hala

ma n

4.1 Rangkaian Low Pass Filter 33

4.2 Rangkaian High Pass Filter 35

(15)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Penyakit Diabetes merupakan salah satu jenis Penyakit Tidak Menular (PTM) pada manusia yang saat ini menjadi ancaman serius kesehatan manusia khususnya di negara Indonesia. Berdasarkan data yang dikeluarkan oleh International Diabetes Federation (IDF) Atlas 2017, Negara Indonesia menduduki peringkat keenam didunia setelah Tiongkok, India, Amerika Serikat, Brazil dan Meksiko.

Selain itu berdasarkan Riset Kesehatan Dasar (Riskesdas) menunjukkan peningkatan angka prevalensi Diabetes yang cukup signifikan, yaitu dari 6.9% di tahun 2013 menjadi 8.5% di tahun 2018.

Diabetes Melitus (DM) atau disebut diabetes saja merupakan penyakit gangguan metabolik menahun akibat pankreas tidak memproduksi cukup insulin atau tubuh tidak dapat menggunakan insulin yang diproduksi secara efektif.

Dengan penurunan berat badan dan perubahan gaya hidup, perkembangan menjadi diabetes dapat dicegah atau ditunda. (Kementrian Kesehatan RI, 2014)

Sebelumnya, alat ukur kadar gula darah sudah pernah dibuat oleh yang berjudul Perancangan Alat Ukur Kadar Gula Darah Noninvasive dengan Menggunakan Sensor LDR atau Light Dependent Resistor oleh Purbakawaca tahun 2014, dengan menggunakan prinsip yakni dengan melewatkan cahaya dari LED menembus kulit dan pembuluh darah manusia, kemudian cahaya yang ditransmisikan diterima oleh sensor LDR dan dikonversi nilainya menjadi kadar gula darah. Namun, penggunaan sensor LDR ini belum menghasilkan data yang akurat karena sensor LDR menerima seluruh cahaya yang ada, sedangkan cahaya yang harus diterima hanyalah cahaya dari LED saja.

Selain itu, pada tahun 2017 Rica Asrosa juga membuat alat ukur kadar gula darah melalui hembusan napas. Yang dimana sistem sensor yang mampu

(16)

mendeteksi kadar gas aseton dalam napas. Hasil dari pemeriksaan hembusan napas ini selanjutunya ditampilkan dalam telepon pintar.

Berdasarkan latar belakang tersebut, penulis menghasilkan data yang lebih akurat dari penelitian sebelumnya yang bisa dipahami dengan mudah apabila diaplikasikan ke masyarakat. Penulis menggunakan Arduino uno sebagai mikrokontroller pada prototype yang dimana menggunakan jari yang dimasukkan pada probe sensor yang kemudian hasilnya akan ditampilkan pada LCD. Dalam penelitian ini, fotodioda diaplikasikan sebagai sensor cahaya pada alat ukur kadar gula darah dengan memanfaatkan opto-electric

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan masalah diatas, berikut beberapa rumusan masalah yang akan diselesaikan dalam penelitian ini:

1. Bagaimana cara rancang bangun alat ukur kadar gula darah berbasis arduino uno?

2. Bagaimana fotodioda dapat memberikan respon yang baik terhadap perbedaan intensitas cahaya yang diterima dari perbedaan kadar gula darah dalam tubuh manusia?

3. Bagaimana hasil kerja rancang bangun alat kadar gula darah berbasis arduino uno dalam data digital?

1.3 Batasan Masalah

Mengingat keterbatasan waktu dan untuk menghindari topik yang tidak diperlukan, maka penulis membatasi penelitian ini. Adapun permasalahan ini dibatasi pada:

1. Penelitian dilaksanakan menggunakan kalibrasi data yang didapat di Labolatorium Klinik SM Raja.

2. Penelitian dilakukan dalam bentuk prototype.

3. Output yang dihasilkan sesuai dengan hasil kalibrasi data yang ada di Labolatorium Klinik SM Raja.

(17)

4. Pengolahan data dari sensor dan interface data ke LCD menggunakan Arduino Uno.

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:

1. Untuk mengetahui rancang bangun alat ukur kadar gula darah berbasis arduino uno.

2. Untuk mengetahui sistem kerja hasil rancangan alat tersebut.

3. Untuk menguji alat tersebut pada variasi kadar gula darah puasa dan kadar gula darah 2 jam setelah makan.

4. Untuk mengetahui perbandingan hasil penelitian alat ukur kadar gula darah dari penelitian sebelumnya.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat keberhasilan penelitian ini mencakup beberapa aspek manfaat, diantaranya:

1. Secara akademis, penelitian ini diharapkan memberikan sumbangsih pemikiran kepada masyarakat ilmiah maupun berbagai pihak yang berkepentingan.

2. Secara praktis, penelitian ini diharapkan dapat menjadi referensi bagi pihak – pihak yang melakukan penelitian dibidang yang sama, khususnya para peneliti fisika instrumentasi dan fisika medis.

3. Bagi masyarakat, penelitian ini diharapkan menjadi solusi dalam menentukan kadar gula darah pada manusia secara dini sehingga penyakit yang dapat ditangani secara langsung oleh para pihak medis.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tiap – tiap bab dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. BAB I Pendahuluan

(18)

Bab ini berisi latar belakang masalah yang dihadapi saat ini dalam bidang kesehatan, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.

2. BAB II Tinjauan Pustaka

Bab ini menjelaskan fotodioda, rangkaian led, rangkaian pengolah sinyal, arduino uno, absorpsi gula darah, hukum beer-lambert, diabetes mellitus, kadar gula darah, minimal model glukosa darah manusia.

3. BAB III Metode Penelitian

Dalam bab ini akan dimuat tempat penelitian, waktu penelitian, bahan penelitian, peralatan, prosedur dan schedule.

4. BAB IV Hasil dan Pembahasan

Bab ini membahas mengenai hasil yang berupa:

a. Rangkaian LED.

b. Probe Sensor.

c. Rangkaian Pengolah Sinyal.

d. Modul Matriks LCD 16 X 2.

e. Modul RTC peripheral DS1307.

f. Analog to Digital Converter (ADC).

g. Kalibrasi dan Pengujian Alat.

5. BAB V Kesimpulan, dan Saran

Bab ini berisi rangkuman dan kesimpulan yang didapat dari hasil analisis data penelitian serta memberikan saran pada penelitian berikutnya.

(19)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Fotodioda

Fotodioda adalah sensor yang dapat mengonversi cahaya menjadi arus listrik (jika dioperasikan dalam modus fotokonduktif) atau menjadi tegangan listrik (jika dioperasikan dalam modus fotovoltaik) (Fraden, 2004). Perancangan sensor fotodioda diintegrasikan dengan sebuah laser dioda. Fotodioda berfungsi sebagai pendeteksi cahaya (receiver) dan laser dioda berfungsi sebagai sumber cahaya (transmitter). (Hafizur dan Wildian, 2015) Adapun gambar simbol dan gambar bentuk dari fotodioda dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.1 Simbol dan Bentuk Fotodioda

Prinsip kerja dari fotodioda jika sebuah sambungan p-n dibias maju dan diberikan cahaya padanya maka pertambahan arus sangat kecil sedangkan jika sambungan p-n dibias mundur, maka arus akan bertambah cukup besar. Cahaya yang dikenakan pada fotodioda akan mengakibatkan terjadinya pergeseran foton yang akan menghasilkan pasangan elektron-hole dikedua sisi dari sambungan. Ketika elektronelektron yang dihasilkan itu masuk ke pita konduksi maka elektronelektron itu akan mengalir ke arah positif sumber tegangan sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian. Besarnya pasangan elektron ataupun hole yang

(20)

dihasilkan tergantung dari besarnya intensitas cahaya yang dikenakan pada fotodioda (Aditia, 2011)

2.2 Rangkaian LED

LED adalah semikonduktor yang dapat mengubah energi listrik lebih banyak menjadi cahaya, merupakan perangkat keras dan padat (solid-state component) sehingga lebih unggul dalam ketahanan (durability). Salah satu kelebihan LED adalah usia relativ panjang, yaitu lebih dari 30.000 jam. Kelemahannya pada harga per lumen (satuan cahaya) lebih mahal dibandingkan dengan lampu jenis pijar, TL dan SL. (Dian, 2014) Simbol dan bentuk fisik dari LED (Light Emitting Dioda) dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 2.2 Simbol dan Bentuk Fisik dari LED

Rangkaian dasar untuk menyalakan LED (Light Emitting Dioda) membutuhkan sumber tegangan LED dan resistor sebagai pembatas arus seperti pada rangkaian berikut:

Gambar 2.3 Rangkaian Dasar LED

(21)

Adapun cara menghitung nilai resistor pada LED yang berdasarkan tegangan kerja/ jatuh tegangan pada sebuah menurut warna yang dihasilkan adalah sebagai berikut:

1. Infra merah : 1,6 V 2. Merah : 1,8 V – 2,1 V 3. Oranye : 2,2 V

4. Kuning : 2,4 V 5. Hijau : 2,6 V 6. Biru : 3,0 V – 3,5 V 7. Putih : 3,0 – 3,6 V 8. Ultraviolet : 3,5 V Berdasarkan Hukum Ohm,

V=I.R ………....(1)

Keterangan : V = tegangan, I = arus listrik, R = Resistor. Apabila kita mencari nilai resistor maka :

R = V/I ………...………...………(2) R =(Vs-Vd) / I………(3) Vs = tegangan sumber(batry,accu,power suply).

Vd = jatuh tegangan. (Subhan, 2014)

2.3 Rangkaian Pengolah Sinyal

Pengolahan sinyal adalah suatu operasi matematik yang dilakukan terhadap suatu sinyal sehingga diperoleh informasi yang berguna. Pengolahan sinyal analog memamfaatkan komponen-komponen analog, misalnya dioda, transistor, op-amp dan lainnya. Pengolahan sinyal secara digital menggunakan komponen komponen digital, register, counter, dekoder, summuninh, mikrokontroler, dan lainya. Sistem didefinisikan sebagai pemroses sinyal. Adapun gambar pemprosesan sinyal analog dan gambar pemprosesan sinyal digital dapat dilakukan terhadap sinyal Analog sebagai berikut:

(22)

Gambar 2.4 Pemprosesan Sinyal Analog

Gambar 2.5 Pemprosesan Sinyal Digital Dapat Dilakukan Terhadap Sinyal Analog

(Irwan, 2012) Sinyal yang berhasil dideteksi oleh fotodioda akan diteruskan ke rangkaian pengolah sinyal. Rangkaian pengolah sinyal terdiri atas low pass filter, buffer, high pass filter, dan peak-detector.Rangkaian pengolah sinyal yang digunakan pada skripsi ini terdiri dari:

a. Low Pass Filter

Filter lolos rendah adalah filter yang hanya melewatkan frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cut-off (fc). Diatas frekuensi tersebut outputnya mengecil(idealnya tidak ada). Rangkaian RC LPF tanggapan frekuensinya dapat dilihat pada gambar 2.6 sebagai berikut:

Gambar 2.6 LPF Pasif dan Tanggapannya

Rangkaian seri RC mirip dengan rangkaian pembagi tegangan dari dua buah hambatan seri, sehingga tegangan outputnya adalah:

(23)

………(4)

Penguatan tegangan didefenisikan sebagai Gain

|

|………(5)

Namun untuk filter sering kali menggunakan penguatan daya, sehingga kalau dinyatakan dalam satuan dB penguatan dayanya adalah:

𝑔

………..(6)

Sehingga penguatan filter RC seperti ditunjukkan pada gambar 2.6 adalah |

| | ⁽^⁄ ⁾

( ⁄ ) | || ………...(7) atau

√|

| |

|

√ ……….(8)

Dengan mengambil

………..(9)

atau

𝑓 ………....…(10)

Diperoleh penguatannya sebesar -3dB (berkurang 3dB), pada saat frekuensi ini dikenal dengan frekuensi cut-off. Untuk filter lolos rendah:

 Frekuensi rendah (f << ) Gain = 1 G = 0dB.

 Frekuensi tinggi (f >> ) , atau 𝑔

, dari persamaan ini menunjukkan bahwa kurva G vs log f berupa kurva linear dengan slopenya adalah -6dB/oktaf (-20 dB/dekade). (Sastra,2010)

(24)

b. High Pass Filter

Filter lolos tinggi adalah filter yang outputmya hanya melewatkan frekuensi diatas frekuensi cut-off (f_c). Dibawah frekuensi itu output idealnya tidak ada.

Rangkaian RC HPF tanggapan frekuensinya dapat dilihat pada gambar 2.7 sebagai berikut:

Gambar 2.7 HPF Pasif dan Tanggapannya

Dengan memanfaatkan rangkaian pembagi tegangan, diperoleh tegangan outputnya adalah

⁄

………..……….(11) Dengan demikian penguatannya adalah

( ⁄ )

……….…(12)

Untuk menghitung besarnya dilakukan sebagai berikut:

| | | | √( ) ( )

√ ………….……(13)

Dengan : Y: Komponen imajiner X : Komponen real Sehingga diperoleh

| | √^{( )}₍^{( )}₎ _√

………..………….(14) Atau satuan dB,

(25)

𝑔_√

………...……..………..(15) Dengan

𝑓

………...……....…(16) Untuk filter lolos tinggi:

 Frekuensi tinggi (f >> ), Gain = 1 G = 0 dB.

 Frekuensi rendah (f << ), Gain = ɷRC , atau G = -20 log ɷRC.

 Slopenya (untuk f <<) adalah -6dB/oktaf (-20 dB/dekade).

(Sastra,2010) c. Buffer

Rangkaian buffer adalah rangkaian dengan besar tegangan masukan dan keluaran yang sama, karena sinyal tidak mengalami penguatan. Rangkaian ini berfungsi untuk mencegah agar besar sinyal keluaran tidak turun secara drastic (drop) ketika dihubungkan dengan rangkaian berikutnya. Adapun gambar rangkaian buffer sebagai berikut:

Gambar 2.8 Rangkaian Buffer

(Fitriya, 2012) Rangkaian buffer di atas digunakan untuk menjaga supaya tidak terjadi drop tegangan dari output rangkaian sebelum masuk ke rangkaian DAC.

(Jurnal Teknik ELektro, 2006)

(26)

d. Peak Detector

Rangkaian peak detector adalah rangkaian yang terdiri atas hubungan seri sebuah dioda dengan kapasitor. Rangkaian ini mengubah sinyal AC menjadi tegangan DC yang sama dengan nilai amplitudo puncak (Vp) tegangan AC.14Tegangan output DC yang dihasilkan merupakan pengurangan dari amplitudo puncak tegangan AC dengan tegangan buka dioda 0,7V. Adapun gambar rangkaian peak detector sebagai berikut:

Gambar 2.9 Rangkaian Peak Detector

(Surjono,2009) Rangkaian ini dibuat untuk menandakan kalau amplifier telah diberi sinyal maksimum, kemampuan amplifier telah berada pada puncaknya.

Rangkaiannya sangat sederhana sekali sampai-sampai kita lupa kalau membuat rangkaian peak singnal bisa dengan cara ini. Rangkaian ini dipasang pada Output Tone Control IC, Output Master Mixer, atau Input Power Amplifier. Rangkaian ini tidak akan membebani rangkaian yang lain.

(Budhiharto, 2011) 2.4 Arduino Uno

Arduino adalah platform pembuatan prototipe elektronik yang bersifat open - source hardware yang berdasarkan pada perangkat keras dan perangkat lunak yang fleksibel dan mudah digunakan. Arduino ditujukan bagi para seniman, desainer, dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek atau lingkungan yang interaktif. (Siswanto dkk, 2018)

(27)

Arduino Uno adalah papan Mikrokontroler berbasis ATmega328. Arduino Uno memiliki 14 digit pin input atau output dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM, 6 input analog, 16MHz osilator kristal, koneksi USB, power jack , header ICSP, dan tombol reset. Arduino Uno mendukung semua yang diperlukan untuk mikrokontroler, dapat terhubung ke komputer dengan kabel USB atau dengan adaptor AC-DC atau baterai untuk menjalankanya. (Ersan, 2018) Gambar rangkaian arduino uno dapat kita lihat pada gambar 2.9 Arduino Uno.

Gambar 2.10 Arduino Uno Adapun bagian – bagian arduino uno adalah:

a. Digital I/O

Arduino Uno memiliki 14 pin yang bisa digunakan untuk input dan output (input berupa sensor-sensor, dan output seperti LED, Speaker, Servo, dan sebagainya). Pin tersebut mulai dari 0 sampai 13, tapi khusus untuk pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11 dapat digunakan sebagai pin analog output.

b. Analog Input

Arduino Uno memiliki 6 pin yang bisa digunakan untuk input sensor analog, seperti sensor benda, sensor cahaya, sensor suhu dan sebagainya. Pin tersebut mulai dari 0 sampai 5. Nilai sensor dapat dibaca oleh program dengan nilai antara 0-1023, itu mewakili tegangan 0-5V.

c. USB

Arduino UNO adalah jenis Arduino yang dapat diprogram menggunakan USB type A to type B. Untuk socket yang type A sambungkan ke komputer, yang type B dipasangkan ke Arduino Uno.

d. Power

(28)

Arduino Uno memiliki power 5V yang bisa digunakan untuk rangkaian, dan juga yang 3.3V, serta adanya ground.

e. ICSP

ICSP singkatan dari In-Circuit Serial Programming, fungsinya ketika ingin memprogram Arduino langsung, tanpa menggunakan Bootloader.

f. Kristal

Kristal adalah jantungnya Arduino. Jantung Arduino ini dapat berdetak sebanyak 16 juta kali perdetik atau bisa disebut 16MHz. Mikrokontroler melakukan sebuah operasi untuk setiap detaknya Kristal.

g. Socket DC

Socket DC adalah tombol khusus yang ada pada Arduino, berfungsi ketika mengulang keposisi awal program yang digunakan.

h. Reset

Reset adalah tombol khusus yang ada pada Arduino, berfungsi ketika mengulang ke posisi awal program yang digunakan. Jika error terjadi gunakan tombol reset ini. (Fandi, 2018)

2.5 Absorpsi Gula Darah

Spektrum absorpsi gula darah pada gelombang elektromagnetik mengalami perubahan akibat peningkatan konsentrasi gula dalam darah berada pada kisaran panjang gelombang 415 nm, 542 nm, dan 575 nm.3 Adapun gambar spektrum absorpsi gula darah dapat dilihat dibawah ini:

Gambar 2.11 Spektrum Absorpsi Gula Darah

(Bashkatov,2005)

(29)

2.6 Hukum Beer- Lambert

Hukum Lambert-Beer dapat dinyatakan dalam rumus berikut:

A= a.b.c (g/liter)………...(17) atau

A= ε. b. c (mol/liter) ………(18) Dimana:

A = serapan a = absorptivitas b = ketebalan sel c = konsentrasi

ε = absorptivitas molar (Day and Underwood, 1999)

Hukum Lambert-Beer menjadi dasar aspek kuantitatif spektrofotometri dimana konsentrasi dapat dihitung berdasarkan rumus di atas. Absorptivitas (a) merupakan konstanta yang tidak tergantung pada konsentrasi, tebal kuvet dan intensitas radiasi yang mengenai larutan sampel. Absorptivitas tergantung pada suhu, pelarut, struktur molekul, dan panjang gelombang radiasi. (Day and Underwood, 2012)

Hukum Beer-Lambert menyatakan bahwa nilai absorbansi cahaya yang diserap oleh suatu materi akan sebanding dengan konsentrasi materi tersebut dalam larutan tertentu.(Mehta,2012). Persamaan hukum Beer-Lambert adalah sebagai berikut.

Iout = Iin 𝑒^{−(𝜆)𝑐𝑑}………..(19)

𝑒^{( )}………...….(20) 𝐴 = −ln( ) = 𝜀(𝜆)𝑐𝑑 ……….( 1) Keterangan :

Iout = Intensitas cahaya yang keluar dari medium Iin = Intensitas cahaya yang masuk ke d alam medium (𝜆) = Koefisien peluruhan pada panjang gelombang tertentu 𝑐 = Konsentrasi medium

𝑑 = Panjang bidang optik yang melalui medium

(30)

T = Transmitansi

A = Absorbans (Clark, 2007)

2.7 Sistem Glukosa Darah

Pada orang sehat, konsentrasi kadar gula darah berada dalam kisaran 70 – 110 mg/dL. Sistem glukosa-insulin membantu agar konsentrasi kadar gula darah tetap pada kondisi yang stabil dan normal. Bagi orang sehat, kondisi akan selalu berada dalam area yg berwarna hijau, di mana kadar gula darah berada dalam kondisi yang normal pula. Dalam gambar dibawah ini menjelaskan secara singkat dari sistem glukosa-insulin ini.

Gambar 2.12 Sistem Glukosa dan Insulin Pada Darah

Pada saat konsentrasi glukosa darah dalam keadaan tinggi, misalkan seseorang mengkonsumsi makanan (berada pada area yang berwarna merah), tubuh akan mengirimkan sinyal ke kelenjar pankreas, dan sel-β akan memberikan respon dengan sekresi hormon insulin ke dalam tubuh. Insulin ini akan bekerja untuk menurunkan konsentrasi glukosa darah dan membawa seseorang tetap pada area hijau yang aman. Sebaliknya, apabila manusia melakukan kegiatan seperti berolahraga yang membutuhkan glukosa dalam darah (berada pada area yang berwarna biru), secara otomatis konsentrasi gula darah akan turun dan berada di bawah kondisi normal. Pada tahap ini tubuh kembali mengirimkan sinyal ke kelenjar pankreas dan sel-α akan bereaksi dengan menyekresikan glukagon.

Glukagon ini akan mempengaruhi sel-sel hati supaya melepaskan simpanan

(31)

glukosa ke dalam darah sampai orang kembali ke dalam kondisi normal. (Friss, Esben, Jensen, 2007)

2.8. Diabetes Melitus

Diabetes Melitus (DM) atau disebut diabetes saja merupakan penyakit gangguan metabolik menahun akibat pankreas tidak memproduksi cukup insulin atau tubuh tidak dapat menggunakan insulin yang diproduksi secara efektif. Insulin adalah hormon yang mengatur keseimbangan kadar gula darah. Akibatnya terjadi peningkatan konsentrasi glukosa di dalam darah (hiperglikemia). Toleransi Glukosa Tergantung (TGT) atau Impaired Glucose Tolerance (IGT) dan Glukosa Darah Puasa (GDP) terganggu atau Impaired Fasting Glycaemia (IFG) merupakan kondisi transisi antara normal dan diabetes. Orang dengan IGT atau IFG berisiko tinggi berkembang menjadi diabetes tipe 2. Dengan penurunan berat badan dan perubahan gaya hidup, perkembangan menjadi diabetes dapat dicegah atau ditunda. (Kementrian Kesehatan RI, 2014)

Diabetes Mellitus (DM) adalah suatu penyakit atau gangguan metabolisme kronis dengan multi etiologi yang ditandai dengan tingginya kadar gula darah disertai dengan gangguan metabolisme karbohidrat, lipid dan protein sebagai akibat insufisiensi fungsi insulin. (Ditjen Bina Farmasi dan Alkes, 2005)

Standar gula darah yang baku memang sudah ditetapkan, namun bukan berarti acak, semua sama kadar gulanya itu salah, pada saat tidak makan dan pada saat makan maka memiliki ukuran gula darah yang berbeda beda. Ukuran normal sekitar 4-8 mmol/l atau sekitar 70-150mg/dL itu disaat kita dalam kondisi tidak makan. Bagi penderita kolesterol dan asam urat maka perlu diperhatikan kadar gulanya sesaat dan sewaktunya.

Pada pria dewasa dan perempuan memiliki kadar yang berbeda dalam tubuh manusia menurut WHO.Tanpa puasa atau tidak puasa sama sekali membuat gula darah turun dan normal itu jika pada kondisi gula yang sehat. Berapa sih batas angka standar yang harus di cek untuk normalnya kandungan glukosa diabetes tergantung operasional prosedur pemeriksaan gula darah?

(32)

 Jika pada saat tidak makan atau yang sering disebut pada saat PUASA maka ukurannya 4-7 mmol/l atau 72-126 mg/dL.

 Jika pada saat kita makan kurang lebih 90 menit setelah makan maka ukurannya 10 mmol/l atau 180 mg/dL.

 Jika pada saat malam hari maka normalnya adalah 8 mmol/l atau 144 mg/dL.

2.9 Kadar Gula Darah

Gula darah adalah gula yang berada didalam yang terbentuk dari karbohidrat dalam makanan dan disimpan sebagai glikogen di hati dan otot rangka. (Kee, 2007) Sedangkan kadar glukosa adalah tingkat glukosa didalam darah, konsentrasi gula darah, atau tingkat glukosa didalam serum, diatur dengan ketat di dalam tubuh. (Henrikson & Bech-Nielsen, 2009)

Hiperglikemia merupakan suatu keadaan dimana tingkat kadar glukosa darah yang sangat tinggi dari rentang kadar normal gula darah. (Elizabeth, 2009) Menurut Fox & Kilfert faktor yang mempengaruhi gula darah pada diabetes melitus adalah : kurang berolahraga, jumlah makanan yang dikonsumsi bertambah, meningkatnya stress dan faktor emosi, cemas, pengetahuan diit diabetes melitus, pertambahan usia dan berat badan, serta dampak perawatan obat misalnya steroid. (Fox &Kilvert, 2010)

Menurut American Diabetes Association 2010 terdapat 3 macam pemeriksaan gula darah yaitu:

a. Glukosa Darah Sewaktu

Glukosa darah sewaktu merupakan hasil pemeriksaan sesaat pada suatu hari tanpa memperhatikan waktu makan terakhir.

b. Kadar Glukosa Darah Puasa

Pemeriksaan gula darah yang dilakukan pada pasien yang puasa (tidak mendapat kalori sedikitnya 8 jam).

c. Kadar Glukosa Darah 2 Jam PP (2 Jam Setelah Makan)

(33)

Tes toleransi glukosa oral dilakukan dengan standar WHO, menggunakan beban glukosa yang setara dengan 75 gr glukosa anhidrus yang dilarutkan dalam air.

(American Diabetes Association, 2010)

Pembentukan energi alternatif lain dapat berasal dari metabolism asam lemak, tetapi jalur ini kurang efisien dibandingkan dengan pembakaran langsung glukosa, dan proses ini menghasilkan metabolit – metabolit asam yang berbahaya apabila dibiarkan menumpuk, sehingga kadar glukosa didalam darah dikendalikan oleh beberapa mekanisme homeostatik yang dalam keadaan sehat dapat mempertahankan kadar dalam rentang 70 sampai 110 mg/dl dalam keadaan puasa.

Setelah klien mengabsorpsi jumlah makanan yang banyak mengandung karbohidrat, maka secara normal maka kadar gula darah akan menjadi meningkat namun tidak melebihi 170 mg/dl. (Ronald & Ricard 2006)

Tabel 2.1 Kadar Glukosa Darah 2 Jam Setelah Makan (Prosprandial) Dengan Metode Enzimatik Sebagai Patokan Penyaring dan Diagnosis DML

No Pemeriksaan Baik Sedang Buruk

1 Glukosa darah puasa (mg/dl)

80-109 110-125 >125

2 Glukosa darah 2 jam setelah makan

(postprandial) (mg/dl)

110-144 145-179 >180

(PERKENI, 2006)

2.10 Minimal Model Glukosa Darah Manusia

Model kinetika glukosa dibagi menjadi dua bagian. Bagian pertama adalah bagian utama tentang penjelaskan keluaran dan serapan glukosa. Bagian kedua menjelaskan penundaan dalam insulin aktif yang merupakan tingkat interaksi serapan glukosa oleh jaringan yang diproduksi oleh hati. Kedua bagian dijelaskan secara matematis oleh dua persamaan diferensial yaitu:

( )

( ( ( )) ( ) ( ) ( ) ……….(22)

( )

( ) ( ( ) ) ( ) ………(23)

(34)

Tabel 2.2 Penjelasan Simbol Rumus Minimal Model Glukosa Darah

Simbol Satuan Keterangan

G(t) mg/dl Konsentrasi glukosa darah pada saat t

Gb mg/dl Konsentrasi glukosa darah basal

I(t) µU/ml Konsentrasi insulin darah pada saat t Ib µU/ml Konsentrasi insulin basal

X(t) menit^-1 Efek dari insulin aktif

p1 menit^-1 SG = efektivitas glukosa, yaitu penyerapan atau pembersihan glukosa tidak bergantung pada peningkatan insulin

p2 menit^-1 Laju pembersihan insulin aktif (penurunan serapan)

p3 menit^-2(µU/ml)^-1 Peningkatan kemampuan serapan disebabkan oleh insulin

SI menit^-2(µU/ml)^-1 p3/p2 = sensitivitas insulin, yaitu penyerapan glukosa dengan bantuan insulin pada jaringan

(Andrea and Ovide,1999) Dua parameter penting dalam model minimal glukosa yaitu efektivitas glukosa (SG) dan sensitivitas insulin (SI). Efektivitas glukosa didefinisikan sebagai tingkat serapan insulin independen7 atau ukuran kemampuan glukosa untuk menurunkan konsentrasinya dalam plasma, tidak bergantung pada peningkatan insulin. Dalam model kinetika glukosa, glukosa efektivitas SG diberikan oleh :

SG = p1 ………(24)

Sensitivitas insulin didefinisikan sebagai kemampuan insulin untuk meningkatkan efektivitas glukosa:

………(25)

(35)

BAB III

METODE PENELITIAN

4.1 Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di beberapa lokasi, antara lain:

a. Tepatnya di Labolatorium Fisika Gelombang, Labolaotorium Digital Universitas Sumatera Utara sebagai rancang bangun alat kadar gula darah manusia berbasis arduino.

b. Tepatnya di Labolatorium Fisika LIDA Universitas Sumatera Utara sebagai

pengujian pengkondisi sinyal yang masuk ke rangkaian.

c. Tepatnya Labolatorium Klinik SM Raja sebagai tempat uji coba alat pada variasi kadar gula darah baik kadar gula darah puasa dan 2 jam setelah makan.

4.2 Waktu Penelitian

Penelitian dimulai sejak awal semester genap 2018/2019 yaitu pada bulan Januari 2019 dan selesai pada bulan Mei 2019.

4.3 Bahan Penelitian

Adapun bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Fotodioda.

2. Arduino uno 3. LED hijau.

4. Kapasitor 220 nF 10 buah.

5. Resistor 1 Ω, 100 Ω, 560 KΩ, 2.7 MΩ, dan 10 MΩ masing-masing satu buah

6. IC op-amp LM324 5 buah 7. Socket IC 8 kaki tiga buah,

(36)

9. Header 10. Papan PCB 11. Breadboard 12. Sterofoam.

13. Potensiometer B100K

4.4 Peralatan Penelitian

Adapun peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Software Eagle 7.1.0.

2. Osiloskop GDS-810S 100MHz.

3. Sinyal generator GDS-8255A.

4. Multimeter HELES UX 35 DR.

5. Laptop Hp.

6. Software Arduino IDE V1.0.5-R2.

7. Penggaris.

8. Gunting.

9. Tang potong 10. Solder.

11. Soldering grease.

12. Timah.

13. Lakban.

14. Selotip.

15. Glucometer komersil (NESCO multicheck).

16. Jarum.

17. Lancet.

18. Kapas.

19. Alkohol.

4.5 Prosedur Penelitian

Diagram alir dari prosedur yang dilaksanakan pada pembuatan rancang bangun alat ukur kadar gula darah berbasis arduino uno sebagai berikut:

(37)

Gambar 3.1 Diagram Alir Prosedur Penelitian

1. Penentuan Spesifikasi Alat

Penentuan spesifikasi alat didasarkan pada hasil penelusuran literatur serta kajian komprehensif. Berdasarkan literatur yang ada, didapatkan data spesifikasi sebagai berikut:

a. Sinyal yang dihasilkan oleh sensor fotodioda dalam orde volt - b. Tegangan referensi: 5 Volt

c. Tegangan kerja IC OP-Amp: 5 volt dan ground – d. Tegangan kerja arduino uno : 5 volt dan ground –

2. Perancangan Hardware

Untuk mempermudah proses perancangan hardware dirancang diagram yang menggambarkan bagian – bagian alat dalam bentuk fungsional. Adapun diagram blok sistem perancangan hardware sebagai berikut:

Gambar 3. 2 Diagram Blok Sistem Perancangan Hardware Perancanga

n Hardware

Perancanga n Software

Kalibrasi Alat

Pengujia n Penentua

n Spesifika

si Alat

Perancanga n Prototipe

Perhitungan Analisis

Signal Conditionin

g

Sensor Processing

(Arduino Uno)

Display (LCD) LED

Photodioda

Rangkaian Low Pas

Filter

Rangkaian High Pas

Filter

Rangkaia n Buffer

Rangkaian Peak Detector

(38)

Perancangan perangkat keras diawali dengan membuat rancangan konseptual dan membuat rancangan skematik. Rangkaian analog yang dibuat terdiri dari rangkaian probe sensor,low pass filter, high pass filter, rangkaian buffer, dan rangkaian peak-detector yang secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Sinyal keluaran dari rangkaian analog akan diolah pada Arduino Uno.

Gambar 3.3 Skema Rangkaian Pengolah Sinyal a. Perancangan Probe Sensor

Probesensor dirancang dengan menggunakan dua buah kotak berwarna hitam dari bahan arkalik dengan ukuran 4,5cmx2,5 cm x 1,2cm dan kabel 3 pin dengan panjang 0,5 m. Pada masing-masing kotak dibuat 1 lubang untuk penempatan fotodioda dan LED (Gambar 3.4). LED ditempatkan berhadapan dengan fotodioda kemudian kaki-kaki LED dan fotodioda dihubungkan dengan kabel 3 pin. Selanjutnya kabel tersebut akan pasang pada connector TRS yang nantinya akan dihubungkan dengan rangkaian analog.

(39)

Gambar 3.4 Perancangan Probe Sensor b. Rangkaian Low Pas Filter

Rangkaian low pass filter yang dibuat memiliki frekuensi cut-off sebesar 10 Hz sehingga amplitudo sinyal noise yang memiliki frekuensi diatas 10 Hz akan diredam. Pengujian fungsi low pass filter dilakukan dengan melihat perubahan amplitude sinyal output (titik C dan D) terhadap perubahan frekuensi sinyal input (titik A dan B) dari function generator yang dapat dilihat pada layar osiloskop.

Adapun gambar rangkaian Low Pass Filter adalah sebagai berikut:

Gambar 3.5 Rangkaian Low Pas Filter c. Rangkaian High Pas Filter

Rangkaian high pass filter yang dirancang memiliki frekuensi cutoff sebesar 1 Hz, sehingga amplitudo sinyal yang memiliki frekuensi dibawah 1 Hz akan diredam.

Berdasarkan persamaan (3) diperoleh nilai resistansi resistor 15,915 kΩ dan kapasitansi kapasitor sebesar 220 nF. Adapun gambar rangkaian High Pas Filter sebagai berikut:

(40)

Gambar 3.6 Rangkaian High Pas Filter d. Rangkaian Buffer

Rangkaian buffer digunakan untuk menjaga agar besar tegangan keluaran dari rangkaian sebelumnya tidak turun secara drastis (drop) ketika masuk kerangkaian berikutnya. Skema rangkaian dapat dilihat pada Gambar 12, dengan menggunakan satu buah IC op-amp LM324. Rangkaian buffer ini dirancang dan ditempatkan setelah masing-masing blok rangkaian analog. Adapun gambar rangkaian buffer sebagai berikut:

Gambar 3.7 Rangkaian Buffer e. Rangkaian Peak Detector

Rangkaian peak-detector menggunakan satu buah IC OP-Amp LM324, dua buah dioda, satu buah potensiometer B100K Ω dan kapasitor 220 nF. Rangkaian peak- detector ini dirancang untuk mendeteksi nilai puncak sinyal dan ditempatkan setelah rangkaian high pass filter. Nilai keluaran rangkaian peak-detector kemudian akan dihubungkan dengan microcontrolleruntuk diolah secara digital.

Adapun gambar rangkaian peak detector sebagai berikut:

(41)

Gambar 3.8 Rangkaian Peak Detector

f. Modul Matriks LCD 16X2

Modul matrix LCD 16x2 merupakan perangkat keras yang digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran. Pengujian dilakukan dengan cara membuat program untuk menampilkan angka dan huruf pada layar LCD. Adapun gambar Modul Matriks LCD 16X2 sebagai berikut:

Gambar 3.9 Modul Matriks LCD 16X2

g. Modul RTC peripheral DS1307

RTC peripheral DS1307 merupakan perangkat keras yang bekerja seperti CMOS pada komputer yaitu menentapkan waktu (real time). RTC ini digunakan untuk memberi informasi waktu saat dilakukan pengambilan data. Modul RTC dapat dilihat pada Gambar 16, RTC lalu akan dihubungkan kemicrocontroller dengan jalur komunikasi I2C.

(42)

Gambar 3.10 RTC peripheral DS1307 3. Perancangan Software

Tahap perancangan software dimulai dengan membuat flowchart dilanjutkan dengan membuat lasting program menggunakan arduino uno. Adapun flowchart perancangan software sebagai berikut:

Tidak

Ya Ya

Gambar 3.11 Flowchart Perancangan Software

4. Perancangan Prototipe

Dalam pembuatan prototipe ini desain rangkaian elektronika yang dibuat dan telah disimulasikan selanjutnya diwujudkan menjadi perangkat keras yang sebenarnya.

Mulai

Inisialisasi port arduino

Normal

Konversi Volt ke dalam mg/dl

Tampilkan Aplikasi

Selesa i

Tidak Norma

(43)

Rangkaian fungsional pada protoboard kemudian diuji dan dipasang pada PCB.

Secara keseluruhan alat ukur gula darah terdiri atas probe sensor, rangkaian pengolah sinyal, modul elektronik, dan cashing. Bagian-bagian tersebut digabungkan menjadi satuan kesatuan.

5. Kalibrasi Alat

Proses kalibrasi alat dilakukan untuk memperoleh hubungan antara kadar gula darah dengan nilai ADC, sehingga nantinya alat akan dapat menampilkan hasil pengukuran berupa kadar gula darah.

6. Pengujian alat

Pengujian alat dilakukan untuk mengetahui nilai ketepatan dan ketelitian alat yang dirancang pada penelitian ini. Nilai ketepatan dan ketelitian dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut.

Ketepatan = { 100% - [ |(A−𝑁) : N | × 100% ] }… ………..(26) Keterangan:

A = kadar gula darah alat rancangan N = kadar gula darah alat NESCO

(44)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengujian Rangkaian LED

Rangkaian LED dibangun dengan merangkai LED secara seri dengan resistor serta menghubungkannya dengan arduino uno 5V, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.3. Resistor pada rangkaian ini berfungsi untuk membatasi arus yang melalui LED agar tidak melebihi arus maksimum yang dapat diterima oleh LED dan LED pada rangkaian probe tidak terbakar. Berdasarkan datasheet, arus maksimum yang dapat diterima LED adalah 20 mA dan tegangan jatuh maksimum pada LED adalah 3 V. ( ) Sehingga berdasarkan persamaan (3), nilai resistor pembatas ini adalah:

. 1 Keterangan:

= Resistor pembatas arus s = 9 V

d = 3 V

I = 20 mA = 0,02 A

Adapun gambar rangkaian LED pada penelitian ini sebagai berikut:

Gambar 4.1 Rangkaian LED

(45)

4.2 Pengujian Probe Sensor

Probesensor dirancang dengan menggunakan dua buah kotak berwarna hitam dengan ukuran 4,5cmx2,5 cm x 1,2cm dan kabel 3 pin dengan panjang 0,5 m.

Pada masing-masing kotak dibuat 1 lubang untuk penempatan fotodioda dan LED (Gambar 9). LED ditempatkan berhadapan dengan LDR kemudian kaki-kaki LED dan fotodioda dihubungkan dengan kabel 3 pin. Selanjutnya kabel tersebut akan pasang pada connector TRS yang nantinya akana dihubungkan dengan rangkaian analog. Adapun tabel konfigurasi kaki kaki LED dan fotodioda sebagai berikut:

Tabel 4.1 Konfigurasi Kaki LED dan Fotodioda Kaki LED Kaki fotodioda Connector TRS Anoda LED

Hijau

Vcc Tip

Katoda LED Hijau

GND Sleeve

- Kaki Data Ring

4.3 Pengujian Rangkaian Pengolah Sinyal 4.3.1 Pengujian Rangkaian Low Pass Filter

Rangkaian low pass filter yakni rangkaian yang nilai frekuensi masukan atau fin

lebih kecil dari nilai frekuensi cut off atau fc atau fin < fc. Berdasarkan persamaan (3) yakni

𝑓

C = 220nF= 220X10^-9F= 22X10^-8F R= 10 KΩ = 10⁴Ω

Maka

𝑓 1

.1 1 1

𝑓 1

1 .1 1

(46)

𝑓 9 9 991 1 𝑓 . 9

Adapun gambar rangkaian low pass filter sebagai berikut:

Gambar 4.2 Rangkaian Low Pass Filter

Tabel 4.2 Data Rangkaian Low Pass Filter Frekuensi

masukan f_in(Hz)

Amplitudo Vin (mV)

Amplitudo Vpp Vout (mV)

9.98 10.00 14.80

9.12 10.00 14.80

8.04 10.00 14.80

7.00 10.00 14.80

6.02 10.00 14.80

4.97 10.00 14.80

d.99 10.00 14.80

2.97 10.00 14.80

- 10.00 -

(47)

Grafik 4.1 Rangkaian Low Pass Filter

4.3.2 Pengujian Rangkaian High Pass Filter

Rangkaian high pass filter yakni rangkaian yang memiliki nilai frekuensi masukan (fin) lebih besar dari frekuensi cut – off (fc)atau fin > fc. Berdasarkan persamaan (3) yakni

𝑓 Dimana nilai

C = 220nF= 220X10^-9F= 22X10^-8F R= 10 KΩ = 10⁴Ω

Maka

𝑓 1

.1 1 1

𝑓 1

1 .1 1 𝑓 9 9 991 1

𝑓 . 9

9.98 9.12 8.04

7 6.02 4.97

3.99 2.97

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

14.8 14.8 14.8 14.8 14.8 14.8 14.8 14.8 14.8 14.8

0 2 4 6 8 10 12 14 16

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Frekuensi (Hz)

Tegangan (mVolt)

Rangkaian Low Pass Filter

Frekuensi Masukan fin (Hz) Amplitudo Vin Vpp (mV) Amplitudo Vout Vpp (mV)

(48)

Gambar 4.3 Rangkaian High Pass Filter

Tabel 4.3 Data Rangkaian High Pass Filter Frekuensi

masukan f_in(Hz)

Amplitudo V_in Vpp (mVolt)

Amplitudo Vout

V_pp(mVolt)

51.44 8.59 10.20

51.29 8.59 10.00

62.13 8.59 9.00

182.7 8.59 7.66

262.6 8.59 6.8

113.9 8.59 7.6

346,2 8.59 6.6

358.1 8.59 6.2

384.6 8.59 6.2

387.0 8.59 5.4

(49)

Grafik 4.2 Rangkaian High Pass Filter 4.3.3 Pengujian Rangkaian Buffer

Pada rangkaian probe sensor,sinyal dihasilkan dan diteruskan ke rangkaian buffer.

Rangkaian buffer dipasang sebelum rangkaian low pass dan high pass filter.

Rangkaian ini memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang rendah untuk menghindari terjadinya pembebanan. Setiap sinyal yang telah melalui suatu rangkaian fungsional dan sebelum masuk ke arduino uno akan dibuffer kembali untuk menyamakan impedansi rangkaian fungsional dengan impedansi arduino uno. Hal ini sesuai dengan rumus impedansi yakni :

atau

4.4 Data Rangkaian Buffer Tegangan Masukan Vin

(Volt)

Tegangan Keluaran Vout

(Volt)

0.2 3.4

51.44 51.29 62.13 182.7

262.6

113.9

346.2 358.1 384.6 387

8.59 8.59 8.59 8.59

8.59

8.59 8.59 8.59 8.59

10.2 10 9

7.66 6.8

7.6

6.6 6.2 6.2 5.4

0 100 200 300 400 500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Frekuensi (Hz)

Tegangan (mVolt)

Rangkaian High Pass Filter

(50)

Gambar 4.4 Rangkaian Buffer 4.3.4 Pengujian Rangkaian Peak Detector

Amplitudo sinyal yang dihasilkan sebanding dengan kadargula darah, sehingga rangkaian peak-detector dirancang untuk mendeteksi nilai tegangan pada puncak sinyal. Rangkaian peak-detector yang digunakan adalah peak-detector dengan dua buah dioda dengan satu IC op-amp LM324. Pengujian rangkaian peak detector dilakukan dengan memberikan sinyal sinusoidal amplitudo 8,8 Vp-p dengan frekuensi yang divariasikan

4.5 Data Rangkaian Peak Detector Frekuensi (Hz) Amplitudo Vpp

(mVolt)

Tegangan Keluaran (mVolt)

70 72.00 818

75 72.00 720

80 72.00 718

85 72.00 680

90 72.00 650

95 72.00 580

100 72.00 554

(51)

Grafik 4.3 Rangkaian Peak Detector

Gambar 4.5 Rangkaian Peak Detector 4.4 Modul Matriks LCD 16x2

Modul matriks LCD 16x2 digunakan untuk menampilkan nilai ADC hasil pengukuran. Pengujian modul LCD dengan membuat program untuk menampilkan huruf dan angka menggunakan bahasa pemrograman Arduino.

Adapun program rangkaian ini sebagai berikut:

/*******************************************************

This program was created by the CodeWizardAVR V3.12 Advanced Automatic Program Generator

http://www.hpinfotech.com

70 75 80 85 90 95 100

72 72 72 72 72 72 72

818

720 718 680 650

580 554

0 200 400 600 800 1000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Frekuensi (Hz)

Tegangan (mVolt)

Rangkaian Peak Detector

(52)

Project : Version :

Date : 02/08/2019 Author :

Company : Comments:

Chip type : ATmega8 Program type : Application

AVR Core Clock frequency: 8,000000 MHz Memory model : Small

External RAM size : 0 Data Stack size : 256

*******************************************************/

#include <mega8.h>

int data;

float volt;

float kalibrasi;

char buff[20];

#include <delay.h>

// Alphanumeric LCD functions

#include <alcd.h>

// Declare your global variables here

// Voltage Reference: AREF pin

#define ADC_VREF_TYPE ((0<<REFS1) | (0<<REFS0) | (0<<ADLAR))

(53)

// Read the AD conversion result

unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) {

ADMUX=adc_input | ADC_VREF_TYPE;

// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10);

// Start the AD conversion ADCSRA|=(1<<ADSC);

// Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & (1<<ADIF))==0);

ADCSRA|=(1<<ADIF);

return ADCW;

}

void main(void) {

// Declare your local variables here

// Input/Output Ports initialization // Port B initialization

// Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In DDRB=(0<<DDB7) | (0<<DDB6) | (0<<DDB5) | (0<<DDB4) | (0<<DDB3) | (0<<DDB2) | (0<<DDB1) | (0<<DDB0);

// State: Bit7=T Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=T Bit1=T Bit0=T

// Port C initialization

// Function: Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In

(54)

DDRC=(0<<DDC6) | (0<<DDC5) | (0<<DDC4) | (0<<DDC3) | (0<<DDC2) | (0<<DDC1) | (0<<DDC0);

// State: Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=T Bit1=T Bit0=T

// Port D initialization

// Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In DDRD=(0<<DDD7) | (0<<DDD6) | (0<<DDD5) | (0<<DDD4) | (0<<DDD3) | (0<<DDD2) | (0<<DDD1) | (0<<DDD0);

// State: Bit7=T Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=T Bit1=T Bit0=T

// Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped

TCCR0=(0<<CS02) | (0<<CS01) | (0<<CS00);

TCNT0=0x00;

// Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer1 Stopped // Mode: Normal top=0xFFFF // OC1A output: Disconnected // OC1B output: Disconnected // Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge // Timer1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off

(55)

// Compare B Match Interrupt: Off

TCCR1B=(0<<ICNC1) | (0<<ICES1) | (0<<WGM13) | (0<<WGM12) | (0<<CS12) | (0<<CS11) | (0<<CS10);

TCNT1H=0x00;

TCNT1L=0x00;

ICR1H=0x00;

ICR1L=0x00;

OCR1AH=0x00;

OCR1AL=0x00;

OCR1BH=0x00;

OCR1BL=0x00;

// Timer/Counter 2 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer2 Stopped // Mode: Normal top=0xFF // OC2 output: Disconnected ASSR=0<<AS2;

TCCR2=(0<<PWM2) | (0<<COM21) | (0<<COM20) | (0<<CTC2) | (0<<CS22) | (0<<CS21) | (0<<CS20);

TCNT2=0x00;

OCR2=0x00;

// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization

// External Interrupt(s) initialization // INT0: Off

(56)

// INT1: Off

MCUCR=(0<<ISC11) | (0<<ISC10) | (0<<ISC01) | (0<<ISC00);

// USART initialization // USART disabled

// Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off

// The Analog Comparator's positive input is // connected to the AIN0 pin

// The Analog Comparator's negative input is // connected to the AIN1 pin

// ADC initialization

// ADC Clock frequency: 1000,000 kHz // ADC Voltage Reference: AREF pin ADMUX=ADC_VREF_TYPE;

SFIOR=(0<<ACME);

// SPI initialization // SPI disabled

// TWI initialization

(57)

// TWI disabled

TWCR=(0<<TWEA) | (0<<TWSTA) | (0<<TWSTO) | (0<<TWEN) | (0<<TWIE);

// Alphanumeric LCD initialization // Connections are specified in the

// Project|Configure|C Compiler|Libraries|Alphanumeric LCD menu:

// RS - PORTB Bit 0 // RD - PORTB Bit 1 // EN - PORTB Bit 2 // D4 - PORTB Bit 4 // D5 - PORTB Bit 5 // D6 - PORTB Bit 6 // D7 - PORTB Bit 7 // Characters/line: 8 lcd_init(8);

while (1) {

data = read_adc(0);

volt = data * 0.004887;

kalibrasi = (volt * 502.056) + 0.214;

lcd_clear();

lcd_gotoxy(0,0);

lcd_putsf("Test Gula Darah");

sprintf(buff,"kadar %d mg/dl",kalibrasi);

lcd_gotoxy(0,1);

lcd_putsf(buff);

} }

(58)

Gambar 4.6 Alat Ukur Kadar Gula Darah

4.5 Modul RTC peripheral DS1307

RTC peripheral DS1307 digunakan untuk menampilkan waktu saat dilakukan pengukuran yang dilakukan oleh alat ukur gula darah. Modul ini dapat menampilkan profil hari, tanggal, bulan, tahun , jam, menit, dan detik.

4.6 Analog to Digital Converter (ADC)

Sinyal yang dihasilkan oleh rangkaian pengolah sinyal adalah berupa sinyal analog. Agar dapat diolah lebih lanjut, sinyal ini perlu diubah menjadi sinyal digital dengan menggunakan ADC. Pengubahan sinyal analog menjadi sinyal digital pada alat ini dilakukan oleh arduino uno yang memiliki fungsi ADC.

Sinyal digital yang dihasilkan akan berupa bilangan biner, dimana nilai terbesar yang dapat dihasilkan adalah 1023 bit dengan tegangan referensi 5 V.

4.7 Kalibrasi dan Pengujian Alat

Pengujian alat dilakukan di Lab SM Raja dimana mengambil data yakni kadar gula darah puasa dan 2 jam setelah makan.

(59)

Tabel 4.6 Kadar Gula Darah Puasa Probandus Jam

Makan Terakhir

Waktu Pengambilan Data

Kadar Gula Darah (mg/dl) Rata-Rata Konsentrasi Gula Darah Alat

Rancangan (mg/dl) Konsentrasi

Gula Darah NESCO (mg/dl)

Konsentrasi Gula Darah Alat

Rancangan (mg/dl)

1 04:05 WIB

10-05-2019

10: 18 WIB

10-05-2019

75 76

74

75

2 03: 29 WIB

11-05-2019

11:03 WIB

11-05-2019

81 80

81

80

80.33

3 03:43 WIB

13-05-2019

14:09 WIB

13-05-2019

118 118

119

117

118

4 03:00 WIB

16-05-2019

13:06 WIB

16-05-2019

133 133

132

133

132.67

5 04:08 WIB

17-05-2019

11:09 WIB

17-05-2019

110 110

111

110

110.33

6 04:18 WIB

18-05-2019

10:19 WIB

18-05-2019

85 86

85