PERANCANGAN ALAT PEMANTAU TEKANAN DAN
KONSENTRASI OKSIGEN UDARA PERNAFASAN
BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega32
Diajukan guna melengkapi sebagian syarat dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Disusun Oleh : Nama : Prayudi Rizki Vidian
NIM : 41406110136
FAKULTAS TEKNIK INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS MERCUBUANA
JAKARTA
2012
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini,
Nama : Prayudi Rizki Vidian NIM : 41406110136
Jurusan : Teknik Elektro Fakultas : Teknik Industri
Judul Skripsi : Perancangan Alat Pemantau Tekanan dan Konsentrasi Oksigen Udara Pernafasan berbasis Mikrokontroler ATmega32
Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan skripsi yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata di kemudian hari penulisan skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain , maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana.
Demikian , pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan.
Penulis,
Materai Rp. 6000
LEMBAR PENGESAHAN
Perancangan Alat Pemantau Tekanan Dan Konsentrasi Oksigen Udara Pernafasan Berbasis Mikrokontroler ATMEGA32
Disusun Oleh: Nama : Prayudi Rizki Vidian NIM : 41406110136
Jurusan : Teknik Elektro
ABSTRAK
Perancangan Alat Pemantau Tekanan Dan Konsentrasi Oksigen Udara Pernafasan Berbasis Mikrokontroler ATMEGA32
Pemantauan konsentrasi oksigen pada pasien-pasien di rumah sakit yang sedang berada dalam dalam perawatan dengan menggunakan unit ventilator sangatlah penting, terutama dalam prosedur pembiusan di dalam operasi karena adanya penggunaan campuran gas nitrous oxide (N2O) sebagai analgesik dengan
gas oksigen (O2) yang dapat mengakibatkan terjadinya kondisi campuran gas
yang hypoxic atau kondisi campuran gas yang menghasilkan konsentrasi oksigen lebih rendah daripada 21 vol.% O2 yang dapat membahayakan bagi pasien dan
bahkan dapat mengakibatkan kematian.
Representasi grafik tekanan dari udara pernafasan pada pasien-pasien yang sedang dalam perawatan medik dengan menggunakan unit ventilator juga akan sangat berguna dalam membantu operator peralatan tersebut dalam melakukan analisa kondisi pasien, seperti perubahan kondisi mekanik paru-paru pasien seperti perubahan tahanan dan perubahan elastisitas paru-paru maupun jalur pernafasan pasien. Selain itu representasi grafik dari tekanan udara pernafasan pasien juga dapat membantu operator dalam melakukan pengaturan parameter pasien yang tepat, seperti pengaturan parameter akselerasi tekanan, seperti ramp atau rise time.
Pada peralatan–peralatan medik terbaru fitur pemantauan konsentrasi oksigen dan representasi grafik dari tekanan udara pernafasan merupakan fitur standar, namun pada peralatan-peralatan berteknologi lama hal ini belum tersedia. Pada kondisi saat ini di Indonesia masih banyak terdapat populasi peralatan medik berteknologi lama yang digunakan dalam perawatan kesehatan yang masih mengandalkan system kopling mekanik sebagai pengaman. Hal ini kemudian melatarbelakangi penulis untuk merancang alat elektronik pemantau tekanan dan konsentrasi oksigen udara pernafasan dengan berbasis mikrokontroler ATMEGA32 sebagai alat tambahan yang dapat digunakan pada peralatan-peralatan berteknologi lama tersebut untuk meningkatkan faktor keamanannya dengan adanya sistem monitoring dan alarm, serta dengan tetap memperhatikan aspek biaya yakni dengan biaya yang ekonomis.
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan segala berkah, petunjuk dan hidayah-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul :
“PERANCANGAN ALAT PEMANTAU TEKANAN DAN KONSENTRASI OKSIGEN UDARA PERNAFASAN BERBASIS MIKROKONTROLER
ATmega32”
Dengan terselesaikannya penulisan akhir ini, maka terpenuhilah tugas akhir dalam menyelesaikan pendidikan di Jurusan Teknik Elektro Universitas Mercubuana. Tidak lupa ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya penulis sampaikan kepada :
1. Papah, mamah, kakak, Natrie yang telah memberikan motivasi dan dorongan sepenuhnya untuk penyelesaian tugas akhir ini.
2. Bapak Ir. Yudhi Gunardi, MT, selaku Ketua Program Studi Jurusan Teknik Elektro PKK Universitas Mercu Buana.
3. Bapak Ir. Eko Ihsanto, M.Eng, selaku pembimbing tugas akhir ini.
4. Rekan-rekan kerjaku di PT. Dos Ni Rohaserta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih atas bantuannya selama ini. Penulis menyadari bahwa karya tugas akhir ini masih memerlukan banyak penyempurnaan, dan oleh sebab itu segala kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat diharapkan untuk perbaikan tugas akhir ini.
Tangerang, 27 Agustus 2012
DAFTAR ISI
Halaman Judul ……… i.
Halaman Pernyataan ……….. ii.
Halaman Pengesahan ………. iii.
Abstrak ………... iv.
Kata Pengantar ………... v.
Daftar Isi ……… vi.
Daftar Tabel ………... viii.
Daftar Gambar ……… ix.
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ………….…..……… 1.2 Perumusan Masalah .…….………. 1.3 Batasan Masalah ……… 1.4 Tujuan Penulisan ……… 1.5 Metode Penelitian ……..……… 1.6 Sistematika Penulisan ……… 1 2 2 3 3 4 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Mikrokontroler atmel ATmega32 ……….. 5
2.1.1 Port Input/Output ………. 6
2.1.2 Konverter ADC 10 bit ……….. 10
2.1.3 Timer/Counter ………... 26
2.1.4 Interupsi ………. 34
2.2.1 Penyangga/ Pengikut tegangan ………... 43
2.2.2 Penguat Non Inverting ……….. 44
2.2.3 Penguat Instrumentasi …….……….. 45
2.3 Sensor Tekanan DCXL30DN………. 46
2.4 Sensor Oksigen OOM202 ..……… 48
2.5 Modul LCD grafik LM1264 …..……… 50
2.6 LCD Character 4 x 16 ……… 52 BAB III PERANCANGAN
3.1 Rangkaian Pengkondisi Sensor Tekanan ………... 3.2 Rangkaian Pengkondisi Sensor Oksigen ………... 3.3 Rangkaian CPU dengan Mikrokontroler ATmega32 ……… 3.4 Rangkaian Catu Daya ………... 3.5 Perancangan Perangkat Lunak ………...
54 57 60 61 63 BAB IV PENGUJIAN ALAT
4.1 Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sensor Tekanan ……….. 4.2 Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sensor Oksigen ……….. 4.3 Pengujian Sistem Alarm ………
65 66 67 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ……… 5.2 Saran ……….. 68 68 Daftar Pustaka ……… Lampiran 70
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Konfigurasi pin-pin port ATmega32 9
Tabel 2.2 Waktu konversi ADC 17
Tabel 2.3 Mode tegangan referensi 20
Tabel 2.4 Pemilihan jalur masukan / channel dan penguatan ADC 21
Tabel 2.5 Pilihan prescaler ADC 23
Tabel 2.6 Pilihan sinyal pemicu konversi otomatis 25
Tabel 2.7 Register TIMSK dan fungsinya 29
Tabel 2.8 Register TIFR dan fungsinya 30
Tabel 2.9 Register TCCR1B dan fungsinya 31
Tabel 2.10 Deskripsi fungsi mode pembangkit gelombang 31
Tabel 2.11 Deskripsi fungsi bit pemilihan clock 32
Tabel 2.12 Vektor interupsi dan reset 34
Tabel 2.13 Deskripsi bit pendeteksian interupsi INT1 bit 1 dan bit 0 36 Tabel 2.14 Deskripsi bit pendeteksian interupsi INT0 bit 1 dan bit 0 37 Tabel 2.15 Lebar pulsa minimum untuk membangkitkan interupsi
eksternal
38
Tabel 2.16 Spesifikasi sensor tekanan DCXL 47
Tabel 2.17 Daftar Instruksi LCD LM12864 51
Tabel 2.18 Daftar Instruksi pada modul LCD character 4x16 53 Tabel 4.1 Hasil pengujian rangkaian pengkondisi sensor tekanan 65 Tabel 4.2 Hasil pengujian rangkaian pengkondisi sensor oksigen 67
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Arsitektur mikrokontroler ATmega32 5
Gambar 2.2 Port input/output digital umum 7
Gambar 2.3 Blok Diagram ADC 10 bit 11
Gambar 2.4 Pilihan sumber pemicu konversi ADC otomatis 14
Gambar 2.5 Prescaler dan pewaktuan konversi ADC 15
Gambar 2.6 Register ADMUX 19
Gambar 2.7 Register ADCSRA 22
Gambar 2.8 Susunan data register ADC sesuai bit ADLAR 24
Gambar 2.10 Blok diagram timer/counter 16 bit 27
Gambar 2.11 Register timer TCNT1 28
Gambar 2.12 Register TIMSK 28
Gambar 2.13 Register TIFR 29
Gambar 2.14 Register TCCR1B 30
Gambar 2.15 Register MCUCR 35
Gambar 2.16 Register flag interupsi umum 39
Gambar 2.17 Register status SREG 40
Gambar 2.18 Simbol penguat operational dan kemasannya 42 Gambar 2.19 Rangkaian penyangga/pengikut tegangan 43
Gambar 2.20 Rangkaian penguat non inverting 44
Gambar 2.21 Rangkaian penguat instrumentasi 45
Gambar 2.23 Sensor oksigen OOM202 49 Gambar 2.24 Blok diagram modul LCD Grafik LM12864 50
Gambar 2.25 Peta memori tampilan LM12864 51
Gambar 2.26 Blok diagram LCD character 4 x 16 52
Gambar 2.27 Peta alamat DDRAM 52
Gambar 3.1 Blok diagram alat pemantau tekanan dan konsentrasi oksigen
54
Gambar 3.2 Rangkaian pengkondisi sensor tekanan 55
Gambar 3.3 Rangkaian pengkondisi sensor oksigen 58
Gambar 3.4 Rangkaian CPU dengan mikrokontroler ATmega32 60
Gambar 3.5 Rangkaian catu daya 62
