BAB III PERANCANGAN SISTEM

(1)

19

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Bab ini menjelaskan tentang perancangan sistem yaitu perangkat keras dan sistem aplikasi web monitoring, dimana itu bisa kembali ke pembahasan konsep awal tentang penelitian yang digunakan untuk sistem monitoring bayi, supaya hasil penelitian dan operasi sistem menjadi seperti yang telah diharapkan, maka dirancang sistem operasi yang telah dirancang sedemikian rupa oleh penulis.

Pun membahas mengenai perancangan sistem pada penelitian ini berupa perancangan alat mulai dari hardware input seperti sensor, mikrokontroller, hardware output beban seperti heater dan kipas dan perancangan software monitoring.

Gambar 3.1 Diagram blok sistem perancangan alat

Sistem blok diatas melingkupi keseluruhan perancangan operasi sistem monitoring yang akan dibuat. pada perangkat keras yang dirancang terdiri atas mikrokontroller dan modul sensor yang digunakan untuk mengontrol prototype jarak jauh, sedangkan Internet Of Things ditunjang dari pembuatan software aplikasi android dan modul wifi Nodemcu ESP 01 guna mencegah terjadinya kesalahan penyampaian informasi. Diagram blok ditunjukkan oleh Gambar 3.1

(2)

20 Pada blok diagram diatas telah dijelaskan perancangan sistem monitoring inkubator yang akan dirancang.Ada 4 sensor untuk memonitoring inkubator bayi ini yaitu :

 Gy 906

 DS18b20

 DHT 11

 Load Sell – Modul HX711

Suhu inkubator dalam penelitian ini datanya diambil oleh 2 sensor yaitu Gy 906 dan DS18b20. Sensor Gy 906 berperan sebagai pengambil data yang ada di ruangan inkubator yang tersambung oleh mikrokontroller arduino uno yang juga yang mengontrol heater agar panas tetap seimbang antara 36℃ - 37℃.

Sensor DS18b20 sebagai pengambil data tubuh bayi secara langsung yang datanya akan dikirimkan ke database yang kemudian ditampilkan oleh aplikasi android.

Untuk menghindari kelembaban yang tidak terkontrol maka dipasanglah sensor DHT11 untuk memonitoring berapa persen kelembaban relatif yang ada di dalam inkubator dan apabila kelembaban meningkat maka heater akan secara otomatis meningkatkan suhu panasnya dengan syarat suhu yang telah ditetapkan.

lalu mengirimkan ke cloud database dengan bantuan modul Nodemcu ESP untuk menyambungkan ke internet lalu akan ditampilkan oleh aplikasi web monitoring.

Indikator berat bayi pada inkubator sangat dibutuhkan untuk menentukan seberapa lama bayi akan tinggal di inkubator dan juga ada pengaruh lain seperti umur bayi, fungsi organ tubuh yang belum sempurna dan kesiapan mental ibunya untuk mengasuh anaknya. dengan bantuan modul HX711 sebagai perangkat yang mengirimkan data ke cloud database yang nantinya akan ditampilkan aplikasi web monitoring.

Setelah semua data berhasil dirangkum maka tugas modul wifi ESP mengirimkan sebagian besar data ke database menggunakan internet server local dan diolah disana. Setelah data disimpan sementara di database kemudian semua data akan ditampilkan di bootstrap. Sebagai laporan monitoring dari sebuah data yang telah di kumpulkan di database lalu akan dibuat rangkuman data berupa grafik dan tabel hasil pengamatan. Tahap terakhir dari proses monitoring ini yaitu dengan menyerahkan hasil pengamatan untuk semua orang tua bayi.

(3)

21 3.1 Perancangan Sensor

Sensor yang digunakan pada tugas akhir ini ada sebanyak 4 buah yaitu dan blok diagram perancangan sensor ditunjukkan pada Gambar 3.2 :

 Gy906 / Mlx90614 : Sensor temperatur yang membaca suhu ruangan inkubator dan juga berfungsi sebagai penyetabil panas dari heater dengan jangkauan suhu 36℃ - 37℃.

 DS18b20 : Sensor temperatur yang berfungsi untuk mengukur

panas tubuh objek / bayi.

 DHT11 : Sensor ini berfungsi sebagai pembaca kelembaban

ruangan inkubator.

 Loadcell : Berat badan objek diukur oleh sensor ini dengan bantuan modul hx711 untuk mengubah data input dari

analog menjadi digital.

Gambar 3.2 Diagram Blok Perancangan Sensor 3.1.1 Perancangan Sensor Suhu Gy906

Gy 906 atau MLX90614 adalah sensor far infrared pengukuran suhu dengan range sekitar -40℃ - 125 ℃ yang bisa dioperasikan dalam derajat celcius maupun Fahrenheit. Sensor ini bisa digunakan di bidang kesehatan, aplikasi perawatan kesehatan, otomasi rumahan dan pengukuran suhu permukaan kulit menggunakan metode non-invasif.

Berikut adalah langkah-langkah percobaan dan hal yang dibutuhkan dalam pengujian sensor Gy 906 pada penelitian tugas akhir ini.

(4)

22

 Tujuan

Untuk mengetahui jika sensor suhu sudah bekerja dengan layak dengan memberikan data ke heater dan pembacaan suhu objek yang telah diproses oleh mikrokontroller.

 Bahan & Alat yang digunakan 1. Power Supply

2. Mikrokontroller Arduino Uno & Nodemcu ESP 01 3. Rangkaian sensor Gy-906

4. Software Arduino dan UWAMP

 Langkah Pengujian

1. Uji program sensor Gy-906 di software Arduino Uno.

2. Hidupkan power supply dan Inkubator.

3. Uji sensor dengan membaca suhu ruangan pada suhu normal.

4. Amati data pada aplikasi web monitoring.

Gambar 3.3 Perancangan Sensor Gy906

Menurut Gambar 3.3 Input data yang diambil oleh banyak sensor seperti salah satunya sensor gy-906 pendeteksi suhu ruangan incubator secara real time

(5)

23 diproses oleh Arduino Uno, setelah itu Heater mempertimbangkan informasi yang didapat dari Arduino berupa data sinyal digital dengan perintah yang telah di program untuk heater memanaskan ruangan inkubator apabila dengan kondisi suhu kurang dari 36 ℃ dan lebih dari 37℃ dan sistem ini bekerja secara closed loop dengan mengandalkan Arduino sebagai pusat pengolah data dan pengontrol sistem. Kemudian menghasilkan output berupa data yang akan disimpan di database di uwamp dan ditampilkan di boostrap.

3.1.2 Perancangan Sensor Suhu DS1820

Sensor DS18B20 merupakan komponen elektronika yang mampu mengkur suhu objek contohnya : air, objek (kulit manusia), tanah dll. Sensor DS18B20 ini bertipe 1 wire yang ditujukan untuk mengukur suhu pada bahan uji gel yang diasumsikan dengan kulit bayi prematur. Terbuat dari agar-agar yang disiapkan di dalam ruangan inkubator sampai temperaturnya mendekati objek sungguhan.

Pengukuran temperature dilakukan dengan cara menempatkan sensor DS18B20 pada agar-agar.[15] Berikut adalah langkah-langkah percobaan dan hal yang dibutuhkan dalam pengujian sensor DS18B20 pada penelitian tugas akhir ini.

 Tujuan

Sensor yang digunakan secara berkala dalam membaca suhu objek adalah DS18B20 yang secara langsung di tempatkan pada objek untuk membaca suhunya.

 Bahan dan Alat Yang Dibutuhkan 1. Power Supply

2. Gel

3. Mikrokontroller Arduino Uno 4. Rangkaian sensor DS18B20 5. Software Arduino dan UWAMP

Langkah-langkah pengujiannya perancangan sensor yaitu sebagai berikut : 1. Uji program sensor DS18B20 di software Arduino Uno.

(6)

24 2. Pastikan panas gel sudah mencapai waktu yang optimal.

3. Letakkan sensor DS18B20 pada gel.

4. Amati data pada aplikasi web monitoring.

Gambar 3.4 Perancangan Sensor DS18B20

Sesuai dengan Gambar 3.4 tentang Perancangan sensor DS18B20 digunakan sebagai pengukuran atau pengambilan data secara langsung kulit bayi yang terpapar radiasi panas dari heater dengan maksud supaya bisa mengecek secara konkrit panas tubuh bayi agar tidak terkena hipotermia secara mendadak.

Setelah pengambilan data secara manual dan di monitoring di bootstrap, maka dokter akan merangkum data selama 3 hari setiap 5 jam sekali.

3.1.3 Perancangan Sensor Kelembaban DHT11

DHT 11 merupakan sensor yang mengukur kelembaban dan suhu udara di sekitarnya, output dari sensor ini berupa sinyal digital yang sudah terkalibrasi.

data yang terkalibrasi akan direkam oleh mikrokontrol untuk dikirimkan ke database, lalu ditampilkan ke aplikasi web monitoring agar user bisa memonitoring kondisi inkubator dengan mudah.

(7)

25

 Tujuan

Untuk mengetahui apakah sensor DHT11 akurat dalam membaca kelembaban ruangan dalam inkubator demi tujuan mengidentifikasi kesehatan bayi prematur.

2. Mikrokontroller Arduino Uno & Nodemcu ESP 01 3. Rangkaian sensor dht 11

1. Uji program sensor dht 11 di software Arduino Uno.

3. Uji sensor dengan membaca kelembaban udara.

4. Amati data pada aplikasi web monitoring

Gambar 3.5 Perancangan Sensor DHT 11

Pada Gambar 3.5 diatas dijelaskan bahwasanya sensor dht11 membaca keadaan ruangan tepatnya untuk kelembaban ruangan. Hal ini dilakukan untuk kesehatan bayi agar terhindar dari jamur atau bakteri yang cepat berkembang biak

(8)

26 dalam keadaan lembab. Set point yang di program akan berkisar 40 – 60 % RH (Relative Humidity)

3.1.4 Perancangan Sensor Load Sell dan Modul HX711

Tubuh berat bayi prematur pada usia kelahirannya memiliki berat tubuh yang beragam dan berat badan inilah salah satu indikator bayi sehat atau tidak.

WHO (World Health Organization) menentukan BBLR (Berat Bayi Lahir Rendah) dari bayi yang baru lahir yang mempunyai berat badan ≤ 2500 gram.

WHO juga menyebutkan bahwa BBLR menyebabakan Angka Kematian Bayi (AKB) sebesar 60-80%, disebabkan karena bayi mengalami komplikasi pada usia kehamilan yang kurang dari 37 minggu karena perkembangan organ tubuhnya yang belum sempurna. WHO menggolongkan BBLR menjadi 3 macam, yaitu BBLR (1500-2499 gram), BBLSR (1000-1499 gram), dan BBLER (<1000 gram).

 Tujuan

Untuk mengetahui apakah sensor beban load cell akurat dalam menimbang objek / bayi demi tujuan mengidentifikasi kesehatan bayi prematur.

2. Mikrokontroller Arduino Uno & Nodemcu ESP 01 3. Rangkaian sensor load cell

1. Uji program sensor load cell di software Arduino Uno.

3. Uji sensor dengan membaca beban objek.

(9)

27 4. Amati data pada aplikasi web monitoring

Menurut Gambar 3.6 Load Cell ini sering disebut timbangan digital yang menggunakan teori jembatan wheatstone yang ketika diberi beban listrik, maka nilai hambatan pada rangkaian akan berubah. Itu menjadikan sensor load cell dalam keadaan tidak seimbang dan memicu adanya beda potensial. Beda potensial ini yang merupakan output dari sensor.

Gambar 3.7 Blok diagram HX711 Gambar 3.6 Perancangan Sensor Load Cell

(10)

28 Sesuai dengan gambar 3.7 modul penguat HX711 atau ADC (Analog to Digital Converter) membantu sensor load cell untuk mengubah ukuran dalam perubahan resistansi dan mengkonversikannya ke tegangan listrik melalui rangkaian yang digunakan. Tegangan input yang diperlukan yaitu 5 volt.Adapun pin input multiplexer yang tersedia adalah channel A dan channel B. Input clock pada hx711 fleksibel dan bisa dari sumber jam eksternal dan tidak memerlukan komponen eksternal karena telah di sederhanakan oleh on-chip power-on-reset dan juga tidak memerlukan pemrograman untuk register internal karena telah dikontrol oleh pin-pinnya dari perintah mikrokotroller.

3.2 Arduino UNO

Berfungsi sebagai pengontrol masing-masing sistem untuk meninjau jalannya pembacaan sensor, mengendalikan driver prototype seperti dimmer,

servo motor dan relay untuk pengontrol suhu ruangan dengan input sensor gy906. Pun juga semua sensor seperti ds18b20, dht11 dan loadcell yang datanya harus ditransmisikan ke nodemcu ESP 01 dan pengolahan data pada aplikasi web monitoring di bootstrap.

Gambar 3.8 Arduino UNO

Menurut Gambar 3.8, konfigurasi sensor pada mikrokontroller Arduino UNO menggunakan beberapa pin nya untuk koneksi ke sensor dan komponen- komponen elektronik, berikut adalah penjelesannya :

 Pin 2 : Sensor DHT 11

 Pin 3,4 : Nodemcu ESP 01

 Pin 5 : Servo Motor

(11)

29

 Pin 6 : Sensor DS18B20

 Pin 7 : Relay untuk kipas

 Sda – Scl : Sensor gy906

 Pin A0 – A1 : Sensor loadcell

 Pin 5v, Gnd : Semua koneksi komponen elektronik dipasang secara

pararel

3.3 Perancangan Hardware Output (Beban)

Pada Gambar 3.9 dibawah, Perancangan hardware output di tugas akhir ini mengarah ke pembahasan tentang rancangan hardware beban, hardware beban yang dimaksud adalah heater dan kipas yang bekerja dengan sinkorn hasil dari pengolahan data dari Arduino uno. Kipas berfungsi sebagai pendingin apabila heater mencapai suhu yang melebihi standar yang ditetapkan yaitu 37℃.

Perancangan beban ini khususnya untuk kipas, terdapat 3 kipas yang mampu mendinginkan ruangan inkubator dengan relay yang mengontrol keadaan suhu dari pembacaan sensor gy906.

Heater yang digunakan yaitu Heater eilstein t-fsr/2 dengan daya masukan sebesar 220v. Membutuhkan komponen relay untuk menggerakkan kipas yang telah di trigger oleh sensor temperatur gy906 apabila suhu mencapai batas maksimal.

Gambar 3.9 Perancangan Hardware Output (beban)

(12)

30 3.4 Perancangan Software (Aplikasi Web Monitoring)

Gambar 3.10 Blok diagram Internet of Things

IoT atau Internet of Things yaitu dimana suatu konsep yang memanfaatkan internet sebagai platform untuk berkoneksi dan bertukar informasi dengan benda- benda mati dan semua kegiatan dilakukan dengan sangat praktis dan bisa dikontrol untuk menjadikan benda itu lebih efektif dan efisien.

Menurut Gambar 3.10 pemuatan data ke internet diawali dari pengambilan data dari sensor seperti sensor suhu, kelembaban, dan sensor berat tersebut akan dikirimkan ke database lokal mysql yang telah dibuat dengan menggunakan UWAMP sebagai server virtual guna menyimpan dan mengolah untuk selanjutnya bisa ditampilkan ke Aplikasi Web Monitoring. Karena data dari sensor ditranfer oleh mikrokontroller Nodemcu, maka pengaturan koneksi ke localhost harus juga diubah sesuai char ID dan password router wifi yang digunakan dan juga server IP komputer.setelah itu membuka Google Chrome / browser untuk membuka laman database dan aplikasi web monitoring.

Berikut adalah script untuk koneksi dari hardware inkubator ke IoT pada Nodemcu V3 ESP-01 yang di edit di aplikasi arduino :

const char* ssid = "Inkubator";

const char* password = "pasteruk";

String url = "http://172.20.10.12/eki/apisend/insert.php";

Pada proses ini untuk mengecek apakah hardware sudah terkoneksi dengan IoT yaitu dengan akses http://172.20.10.12/eki/apisend/insert.php, sebelumnya perlu me-running UWamp sebagai software yang dapat mengakses phpmyadmin atau database nya di web browser perangkat lain dan perangkat lain juga bisa melihat laman web monitoring. Aplikasi ini dibangun dengan membuat 1 akun yaitu admin. Apabila ingin masuk ke dalam laman aplikasi web monitoring harus memasukkan ID dan Password yaitu admin. lalu langkah terakhir adalah dengan mengamati perkembangan data secara seksama.

(13)

31 Gambar 3.11 Flowchart Perancangan Sistem Monitoring

Pada Gambar 3.11 saat sistem mulai berjalan, dilakukan pengukuran suhu secara realtime oleh sensor gy906, mikrokontroller Arduino memutuskan perintah apabila suhu yang dibaca sensor gy906 stabil diantara 36℃ - 37℃ maka sensor gy906 secara terus menerus membaca temperatur ruangan inkubator, tetapi apabila suhu ruangan <36℃ atau > 37℃ maka dilakukan eksekusi program dengan meningkatkan panas heater apabila dibawah 36℃ dan menyalakan pendingin (kipas) apabila temperatur ruangan diatas 37℃. Lalu untuk user harus menunggu waktu selama 2 menit delay saat dilakukan transmisi data dari esp-01 ke database dengan koneksi server lokal. Sebelum data ditampung ke database mysql, Penulis menggunakan Uwamp sebagai software web server untuk menunjang koneksi ke database dengan apache dan mysql. Sistem perancangan bersifat looping apabila menurut Flowchart diatas sampai sistem dikehendaki untuk berhenti dari user.

(14)

32 Untuk membangun sistem monitoring yang menarik dan dinamis maka diperlukan framework yang support dengan bahasa php maka penulis menggunakan code igniter dengan model MCV sebagai framework web server.

Boostrap disini digunakan untuk merancang situs web dan aplikasi web yang berisi HTML dan CSS yang membangun interface seperti tabel, grafik data dan tipografi. Dan juga membutuhkan JQuery yaitu elemen antarmuka untuk toolbox, carousels dan tooltips, yang terpenting JQuery disini memanfaatkan fungsi auto- complete untuk peng-inputan data dari sensor tanpa perlu me-refresh laman web.

Apabila doker / user ingin mendownload tabel data hasil pengamatan monitoring, telah disediakan di boostrap button untuk mendownload file .xls sebagai hasil dari sistem monitoring di inkubator ini.

Berikut adalah hal – hal yang perlu diketahui untuk batas – batas yang diterapkan dalam pembuatan prototype inkubator menurut gambar 3.10 :

 Batasan suhu berada pada 36℃ - 37℃

 Batasan Kelembaban ruangan inkubator berada pada persentase 40 – 60%

Relative Humidity (RH)

 Batasan Berat BBLR menjadi 3 macam, yaitu BBLR (1500-2499 gram), BBLSR (1000-1499 gram), dan BBLER (<1000 gram) (WHO)

Ada beberapa masukan mengenai penyakit komplikasi yang menyerang bayi prematur yaitu :

1. Respiratory Distress Syndrome (RDS)

Ketika paru-paru mengalami gangguan sindrom pernapasan yang belum sepenuhnya jadi dan tidak bisa membuat zat surfaktan dalam jumlah yang dibutuhkan. zat ini yang bekerja untuk melindungi permukaan paru-paru saat bayi keluar dari rahim. Bisa diatasi dengan continous positive airway pressure (CPAP) dimana diberikan udara dari selang kecil di hidungnya.

2. Apnea

Bayi prematur terkadang mengalami kesulitan dalam bernapas selama 20 detik atau lebih dan disertai dengan denyut jantung yang lambat.

Komplikasi ini bisa dicegah dengan cara menepuk-nepuk atau menyentuh telapak kakinya.

(15)

33 3. Anemia

Pada masa bayi baru lahir, tubuhnya tidak memproduksi banyak sel darah merah baru. Selain itu, sel darah merah pada bayi tidak bisa bertahan hidup lama daripada orang dewasa. Penyakit ini sering terjadi pada bayi yang beratnya kurang dari 1000 gram dan membutuhkan transfusi darah merah.

4. Hipotermia

Bayi yang baru lahir perlu mendapatkan perlakuan khusus dalam masalah temperatur karena bayi sensitif terhadap itu. Ruangan inkubator di desain temperatur 36℃ - 37℃ karena jika kurang atau lebih dari standar operasi makan bayi akan terkena hipotermia.