PROPOSAL
PENELITIAN TERAPAN UNIVERSITAS LAMPUNG
PEMBUATAN ALAT UKUR ELEKTROMEDIK (SUHU TUBUH, DETAK JANTUNG, DAN TINGKAT STRES) BERBASIS ARDUINO NANO DAN RASPBERRY PI 4 TERKONEKSI
SECARA TELEMETRI
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG
2021
ii DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN COVER ... i
DAFTAR ISI ... ii
RINGKASAN ... iii
BAB 1. PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang... 1
1.2 Permasalahan ... 3
1.3 Tujuan Khusus ... 3
1.4 Urgensi Penelitian ... 3
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Rencana Strategis Penelitian (Renspen) Universitas Lampung ... 5
2.2 Penelitian Terkait Isntrumentasi Medis ... 6
BAB 3. METODE PENELITIAN... 9
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 9
3.2 Alat dan Bahan Penelitian ... 9
3.3 Prosedur Penelitian ... 10
3.5 Luaran Penelitian ... 16
3.6 Rencana Target Capaian ... 16
BAB 4. RENCANA ANGGARAN BIAYA DAN JADWAL PENELITIAN ... 18
4.1 Ringkasan Anggaran Biaya Penelitian... 18
a. Biaya Pengadaan Alat dan Bahan ... 18
b. Biaya Perjalanan (Travel Expenditure) ... 19
c. Biaya Alat Tulis Kantor (ATK) dan Karakterisasi... 19
d. Biaya Laporan/Diseminasi/Publikasi ... 19
4.2 Jadwal Penelitian ... 20
DAFTAR PUSTAKA ... 21
iii
RINGKASAN
Pada penelitian ini, akan dikembangkan suatu instrmentasi medis berupa alat ukur elektromedik (suhu tubuh, detak jantung, dan tingkat stres) secara telemetri. Alat elektromedik dibuat dengan multisensor berbasis arduino nano dan raspberry pi 4 sebagai kontroler. Tujuan dilakukannya penelitian ini ialah untuk mengembangkan perancangan alat ukur kesehatan yang telah ada sebelumnya agar menghasilkan hasil pengukuran yang lebih baik. Selain itu, penelitian ini juga dilakukan untuk deteksi tingkat kesehatan seseorang dengan mengukur suhu tubh, detak jantung dan tingkat stres. Alat yang dibuat pada penelitian ini juga dapat diaplikasikan untuk pasien rumahan yang tidak dalam kondisi kritis namun memerlukan pemantauan kesehatan secara rutin dan berkala. Sistem ini bekerja dengan cara mengambil informasi yang didapatkan dari beberapa sensor menggunakan mikrokontroler arduino nano dan raspberry pi 4 yang kemudian akan ditampilkan pada LCD HDMI touchscreen berukuran 7 inchi. Hasil pengukuran berupa nilai dan grafik ditampilkan secara real time sehingga seseorang dapat mendeteksi kondisi suhu tubuh, detak jantung, dan tingkat stres lebih dini. Parameter suhu dan detak jantung hasil pembacaan sensor akan dikalibrasi menggunakan alar standar sebagai kalibrator. Sistem juga dikembangkan terpisah antara modul sensor dengan tampilan agar tidak terjadi kontak langsung antara tenaga medis dengan pasien yang akan melakukan pengecekan kondisi kesehatannya.
Keywords: elektromedik, suhu, detak jantung, arduino, raspberry pi, telemetri
1
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kesehatan merupakan salah satu parameter yang penting dalam keberlangsungan hidup, sebab dengan mempunyai tubuh yang sehat, tubuh terhindar dari berbagai macam penyakit. Banyak sekali pola hidup sehat untuk mendapatkan kondisi tubuh yang prima. Misalnya seperti makan teratur, mengkonsumsi vitamin, berolahraga dan masih banyak lainnya. Selain itu, untuk mendapatkan kesehatan yang optimal, dibutuhkan alat untuk memantau ataupun mengetahui kondisi kesehatan tubuh (Arsyiil dkk., 2019).
Jantung merupakan salah satu organ penting dalam tubuh yang memiliki tugas yang berat dan bekerja sangat keras. Jantung berfungsi sebagai pemompa darah ke seluruh tubuh. Segala yang dikonsumsi dan aktifitas yang dikerjakan setiap harinya dapat mempengaruhi kondisi jantung. Semakin bertambah usia manusia, akan menurunkan fungsi jantung itu sendiri karena bekerja secara terus- menerus tanpa henti. Detak jantung manusia normal berkisar antara 60–100 denyut per menit (beats per minute/bpm) sehingga kesehatan jantung manusia harus benar-benar diperhatikan, salah satunya dengan pengecekan detak jantung secara rutin (Surtono dkk., 2016a).
Selain jantung, suhu tubuh manusia juga penting untuk dilakukan pengecekan secara rutin agar dapat mengetahui gejala–gejala terserang penyakit serius. Suhu tubuh manusia normal umumnya sekitar 36,5–37,2 ˚C (Agung dan Hendryani, 2019). Selain jantung dan suhu tubuh, tingkat stres juga merupakan hal penting untuk dilakukan pengecekan agar dapat mencegah terjadinya penyakit yang lebih serius. Stres merupakan salah satu reaksi tubuh ketika dihadapkan pada situasi yang tampak berbahaya. Akibatnya, tubuh memproduksi hormon adrenalin yang berfungsi untuk mempertahankan diri. Dampak terburuk dari stres yang berat adalah menurunnya performansi pekerjaan secara berkala, gangguan kesehatan yang berdampak pada pencernaan dan sistem imunitas tubuh, gangguan mental, hingga gangguan kejiwaan (Prabha, 2018). Stres mengacu pada respon fisiologi yang terjadi ketika seseorang gagal untuk merespon secara tepat terhadap
2
ancaman emosional atau fisik. Stres yang terjadi berkepanjangan memiliki pengaruh negatif langsung pada kondisi fisik yang dapat menyebabkan gangguan kecemasan hingga depresi serta menyebabkan munculnya berbagai penyakit pada tubuh (Mudhoffar dkk., 2014).
Penelitian tentang rancang bangun alat ukur monitoring kesehatan tubuh manusia telah dilakukan sebelumnya, antara lain seperti rancang bangun alat ukur suhu tubuh yang dilakukan oleh Ni dkk. (2015); Chasanah dkk. (2018); Fadillah dkk. (2015); Arsyiil dkk. (2019). Penelitian–penelitian tersebut telah memperlihatkan bahwa penerapan teknologi pemantauan kesehatan manusia nantinya dapat dikembangkan lebih lanjut agar membuat hasil pengukuran dan tampilan yang lebih baik dan lebih mudah diimplementasikan untuk memantau kesehatan tubuh manusia. Penelitian-penelitian yang telah dilakukan tersebut umumnya hanya menerapkan satu parameter yang dapat diukur serta masih menggunakan satu mikrokontroler saja dan belum terhubung dengan mikrokontroler atau sistem digital lainnya (Lalu dan Yudhana, 2018; Regina dkk., 2015; Derisma dan Saputra 2020; Nafis dkk., 2014).
Berdasarkan uraian di atas, maka pada penelitian ini akan dibuat prototipe alat ukur elektromedik (suhu tubuh, detak jantung, dan tingkat stres) secara telemetri berbasis arduino nano dan raspberry pi 4. Tujuan dilakukannya penelitian ini ialah untuk mengembangkan perancangan alat ukur kesehatan yang telah ada sebelumnya agar menghasilkan hasil pengukuran serta tampilan hasil pengukuran yang lebih baik secara telemetri. Selain itu, penelitian ini juga dilakukan untuk membuat alat kesehatan yang mudah diaplikasikan untuk seseorang yang sehat yang ingin mengetahui bagaimana kondisi kesehatannya.
Alat yang dibuat pada penelitian ini juga dapat diaplikasikan untuk pasien rumahan yang tidak dalam kondisi kritis namun memerlukan pemantauan kesehatan secara rutin dan berkala. Beberapa parameter yang dapat dipantau pada penelitian ini antara lain yaitu suhu tubuh, detak jantung, dan tingkat stres. Sistem ini bekerja dengan cara mengambil informasi yang didapatkan dari beberapa sensor menggunakan mikrokontroler arduino nano dan raspberry pi yang kemudian akan ditampilkan pada LCD HDMI touchscreen 7 inchi dalam tampilan pengukuran berupa nilai dan grafik secara real time sehingga seseorang dapat
3
mendeteksi kondisi suhu tubuh, detak jantung, dan tingkat stres lebih dini.
1.2 Permasalahan
Berdasarkan penjelasan pada latar belakang di atas maka muncul permasalahan yang dirumuskan dalam pertanyaan–pertanyaan berikut.
1. Bagaimana merancang alat ukur kesehatan menggunakan multi sensor?.
2. Bagaimana merancang sistem pengukuran suhu tubuh, detak jantung, dan tingkat stres menggunakan mikrokontroler Arduino Nano dan Raspberry Pi 4 yang mudah dan praktis?.
3. Bagaimana cara memaksimalkan fungsi raspberry pi 4 dan sensor MLX90614 dalam perancangan alat ukur suhu tubuh?.
4. Bagaimana cara memaksimalkan fungsi Arduino Nano dan Pulse Sensor dalam perancangan alat ukur detak jantung pada tubuh manusia?.
5. Bagaimana cara memaksimalkan fungsi Arduino Nano dan Galvanic Skin Response Sensor dalam perancangan alat ukur tingkat stress pada tubuh manusia?.
1.3 Tujuan Khusus
Adapun tujuan khusus yang ingin dicapai dalam penelitian ini secara terperinci adalah sebagai berikut:
1. Membuat prototipe alat ukur pemantauan suhu tubuh, detak jantung, dan tingkat stress menggunakan mikrokontroler Arduino Nano dan Raspberry Pi 4 secara telemetri yang mudah dan praktis.
2. Menghasilkan pengukuran suhu tubuh, detak jantung, dan tingkat stres dengan tampilan berupa nilai dan grafik.
3. Memvalidasi alat ukur yang telah dibuat dengan alat ukur yang sudah ada agar hasil pengukuran akurat dan dapat diimplementasikan dengan baik oleh masyarakat.
1.4 Urgensi Penelitian
Instrumentasi dalam bidang medis masih dipandang sesuatu yang sulit dan mahal untuk dikembangkan (Surtono dkk., 2016b). Kondisi inilah yang
4
menyebabkan minimnya instrumentasi medis yang dimiliki oleh klinik-klinik atau rumah sakit. Padahal instrumentasi medis merupakan salah satu faktor utama keberhasilan bagi tenaga medis dalam memberikan layanan kesehatan bagi para penderita atau pasien. Oleh sebab itu, penelitian terkait pengembangan instrumentasi medis sangat dipandang perlu untuk dilakukan guna menjawab permasalahan yang ada. Salah satu instrumentasi medis yang banyak dibutuhkan adalah alat elektromedik yang berfungsi untuk mengukur suhu tubuh, detak jantung dan tingkat stress. Sistem dikembangkan secara terpisah antara alat ukur yang berisi multi sensor dengan tampilan yang tersusun atas arduino nano, raspberry pi 4 dan LCD berukuran 7 inch. Hal ini bertujuan agar tidak tidak terjadi kontak langsung antara tenaga medis dan pasien untuk meminimalisir penularan penyakit dari pasien ke tenaga medis. Temuan yang ditargetkan pada penelitian ini adalah terciptanya alat ukur tingkat kesehatan manusia yang terintegrasi secara real time dan low cost. Alat elektromedik yang dikembangkan juga dapat dimanfaatkan di puskesmas dan rumah sakit yang masih sangat minim instrument ukur.
5
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Rencana Strategis Penelitian (Renspen) Universitas Lampung
Rencana Strategis Penelitian Universitas Lampung (Unila) merupakan dasar arahan bagi perencanaan kegiatan penelitian dan inovasi yang akan dilakukan dan diimplementasikan pada masa 5 (lima) tahun yang akan datang dan disahkan oleh Senat Universitas Lampung. Renspen Unila juga menjadi dasar dalam proses pengambilan kebijakan dan keputusan mengenai kegiatan penelitian dan inovasi teknologi. Pengelolaan aktivitas penelitian berada di bawah koordinasi Lembaga Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat (LPPM) dan dilaksanakan berdasarkan Keputusan Rektor Universitas Lampung.
Secara garis besar rencana induk penelitian Unila merujuk pada Rencana Induk Riset Nasional yang terbagi menjadi 10 prioritas. Dengan dibentuknya 11 Pusat Penelitian dan Pengembangan (Puslitbang) di LPPM Unila diharapkan dapat menjadi pusat penelitian unggulan dari bidang-bidang di Universitas Lampung. Unggulan penelitian Unila dapat dirunut dari peta jalan (road-map) para dosen peneliti dari berbagai fakultas serta para profesor yang ada. Secara garis besar digambarkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Katerkaitan RIP Institusi dan Peta Jalan.
6
Secara khusus, LPPM-Unila memiliki 11 Puslitbang yang ke depan diharapkan puslitbang ini mampu melahirkan berbagai penelitian unggulan sebagai penciri Universitas Lampung, sehingga penelitian-penelitian ini akan mampu mendukung posisi Unila sebagai research university.
Pada bidang penelitian, Unila secara berkesinambungan berupaya meningkatkan kapasitas LPPM Unila sebagai pengendali utama, agar mampu mendorong terwujudnya penelitian menjadi kegiatan yang bertata kelola baik dan berkinerja unggul. Dalam mengemban tugas, LPPM Unila telah mengarahkan dalam kebijakan dasar penelitian yang ditetapkan dalam Rencana Induk Penelitian (RIP) sebagai panduan bagi arah kebijakan dan sistem pengelolaan penelitian institusi di Unila yang disesuaikan denga Rencana Induk Riset Nasonal (RIRN) seperti diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Rencana Induk Riset Nasional Tahun 2017-2045
2.2 Penelitian Terkait Isntrumentasi Medis
Penelitian terkait tentang rancang bangun alat ukur kesehatan manusia ini telah banyak dilakukan sebelumnya, diantaranya dilakukan oleh Fadillah dkk.
(2015) yang membahas tentang perancangan alat pemantau detak jantung, resistansi kulit dan suhu tubuh jarak jauh. Penelitian ini dilakukan untuk membuat prototipe alat pemantauan denyut jantung, ketahanan kulit dan suhu tubuh jarak jauh menggunakan wifi ESP8266 berbasis mikrokontroler transceiver. Instrumen
7
ini terdiri dari sensor mendeteksi LM35DZ sebagai suhu tubuh, sensor denyut jantung sebagai denyut jantung kondisi detektor, dan respon kulit galvanik atau galvanic skin response (GSR) digunakan sebagai detektor dari nilai resistensi kulit. hasil percobaan menunjukkan LM35 memiliki kesalahan 0,29–3,34 %, sensor GSR memiliki kesalahan dari 0,010–0,319 % dan denyut jantung memiliki tingkat kesalahan sensor memiliki kesalahan 3,95–9,52 %. Data dari sensor dipantau secara online oleh server menggunakan modul wifi ESP8266 transceiver yang mengirimkan keakuratan interval, melalui kinerja yang baik dari sistem ini adalah pemantauan parameter suhu, ketahanan kulit dan detak jantung dapat diawasi dengan baik dan sebagai alternatif tambahan jika sistem tidak bekerja secara online, kemudian ditambahkan fitur offline dengan menerapkan prinsip perbandingan. Diagram alir perancangan alat pemantau detak jantung, resistansi kulit dan suhu tubuh jarak jauh seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram alir perancangan alat pemantau detak jantung, resistansi kulit dan suhu tubuh jarak jauh (Fadillah dkk., 2015)
Selain penelitian yang dilakukan oleh Fadillah dkk. (2015), penelitian rancang bangun alat ukur kesehatan juga dilakukan oleh Nafis dkk. (2014).
Penelitian yang dilakukan oleh Nafis dkk. (2014) membahas tentang perancangan alat ukur stress melalui galvanic skin response menggunakan sistem minimum mikrokontroler. Penelitian tersebut dirancang dengan menggunakan pembacaan indeks digital berbasis sistem minimum mikrokontroler yang mengacu pada kaidah lima fase perancangan dan pengembangan dan rancangan alat ukur stress digital dapat secara valid dan sensitif dalam mengukur tingkat stres.
Penelitian yang dilakukan oleh Arsyiil dkk. (2019) membahas tentang multi sensor untuk monitoring kesehatan. Penelitian ini dilakukan untuk menyajikan beberapa sensor yang digunakan untuk memonitor kesehatan menggunakan mikrokontroler rapsberry pi sebagai pemproses. Sistem ini dibuat untuk pasien
8
rumahan yang tidak dalam kondisi kritis namun memerlukan pemantauan secara rutin dan berkala. Beberapa parameter yang dapat dipantau pada penelitian ini antara lain yaitu detak jantung, kadar oksigen dalam darah dan suhu tubuh. Sistem ini bekerja dengan cara mengambil informasi yang didapatkan dari sensor yangkemudian ditampilkan pada LCD 16x2 sehingga pasien dapat mendeteksi kondisi tubuh lebih dini.
Penelitian lain yang membahas tentang rancang bangun alat ukur kesehatan adalah penelitian yang dilakukan Derisma dan Saputra (2020) tentang prototype sistem monitoring kesehatan terintegrasi dengan keluaran pada smartphone android. Penelitian ini dilakukan untuk merancang sistem memonitor kesehatan terintegrasi dengan keluaran pada smartphone android menggunakan sensor suhu DS18B20, Pulse Sensor, Sensor Suara dan Sensor Galvanic Skin Response.
Prinsip kerjanya yaitu alat akan membaca data dari tubuh dengan empat nilai yang diukur yaitu suhu tubuh, detak jantung melalui denyut nadi, keringat, dan pernapasan selanjutnya nilai tersebut dikirim ke smartphone dan ditampilkan pada aplikasi mobile. Data yang tampil pada layar smartphone dapat disimpan dan dilihat riwayat pembacaannya dan hasil pembacaan yang dihasilkan oleh alat sudah cukup baik (Anjarsari dkk., 2015; Nasution dkk., 2015). Road map penelitian instrumentasi medis disajikan pada Gambar 4.
Gambar 4. Road map penelitian instrumentasi medis
9
BAB 3. METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini merupakan penelitian laboratorium yang akan dilaksanakan di Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung yang akan menghabiskan waktu selama 6 bulan (April-Semtember 2021).
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
Alat dan bahan penelitian yang digunakan dalam pembuatan alat ukur tingkat kesehatan diuraikan seperti tampak pada Tabel 1.
Tabel 1. Alat dan bahan yang digunakan
No. Nama Fungsi
1. Solder Untuk memasang atau membongkar komponen
elektronika yang terdapar pada papan PCB.
2. Timah Pasta Untuk merekatkan komponen dengan pad papan PCB.
3. Laptop Untuk membuat program yang akan digunakan pada penelitian ini.
4. Mouse Untuk membantu mengoperasikan Raspberry
Pi.
5. Flashdrive Untuk menyimpan data dan memindahkan data pemrograman.
6. Power Supply Sumber arus listrik.
7. Adaptor Power Supply Untuk penghubung rangkaian dengan power supply
8. Case LCD HDMI Touchscreen 7 inchi
Untuk melindungi LCD dari kerusakan eksternal.
9. Raspberry Pi 4 Model B Untuk mengolah data pengukuran 10. LCD HDMI Touchscreen
7 inchi
Untuk menampilkan data pengukuran.
11. Arduino Nano Untuk mengolah data pengukuran
12. Kabel Arduino Nano Untuk menghubungkan Arduino Nano dengan sumber tegangan.
13. MLX90614 Sensor Untuk mengukur suhu tubuh manusia.
14. Pulse Sensor Untuk mengukur detak jantung manusia.
15. Galvanic Skin Response Sensor
Untuk mengukur tingkat stres manusia.
16. Bluetooth Module HC–06 Untuk mengirim data hasil pengukuran dari Arduino Nano ke Raspberry Pi 4 Model B.
17. ADS1115 16Bit I2C Untuk mengkondisikan sinyal pada Pulse
10
Sensor dan Galvanic Skin Response Sensor.
18. PCB Untuk membuat papan rangkaian pada
penelitian ini.
19. Kabel HDMI Untuk menghubungkan LCD dengan Raspberry Pi.
20. USB Tipe B Untuk menghubungkan LCD dengan Raspberry Pi.
3.3 Prosedur Penelitian
Perancangan hardware dilakukan dengan mempersiapkan Sensor MLX90614, Pulse Sensor, Galvanic Skin Response Sensor, Bluetooth Module HC-06, ADC Module ADS1115 16Bit I2C, Arduino Nano, dan Raspberry Pi 4 Model B serta melakukan pengujian terhadap hardware yang sudah disiapkan.
Tahap–tahap dalam menyelesaikan penelitian ini secara umu\m ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Diagram alir penelitian
11
3.4. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Perancangan perangkat keras alat ukur kesehatan pada manusia berbasis arduino nano dan raspberry 4 model B ditunjukkan pada Gambar 6 dan Gambar 7.
Gambar 6. Diagram blok perangkat keras pada Arduino Nano
Gambar 7. Diagram blok perangkat keras pada Raspberry Pi 4 Model B
a. MLX90614 Sensor dengan Arduino Nano
Sensor MLX90614 merupakan sensor yang bekerja dengan menyerap sinar inframerah yang dipancarkan suatu benda. Karena sensor ini tidak bersentuhan fisik dengan benda yang diukur, maka sensor ini memiliki rentang pengukuran yang luas, yaitu kurang dari 70°C sampai lebih dari 380°C. Radiasi infra merah adalah bagian dari spektrum elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang dari 0.7–1000 mikron. Namun hanya 0.7–14 mikron yang dapat digunakan untuk mengukur suhu karena intensitas energi inframerah yang dipancarkan suatu benda berbanding lurus dengan suhunya. Panjang gelombang pada rentang 0.7–14 mikron dapat digunakan sebagai sistem optik dan detektor yang canggih dan dapat dirancang sebuah sensor yang mampu mengindera radiasi inframerah. Pada penelitian ini, Pulse sensor dihubungkan dengan ADS1115 dan Arduino Nano seperti terlihat pada Gambar 8.
12
Gambar 8. Skema rangkaian sensor MLX90614 dengan Arduino Nano
b. Pulse Sensor dengan Arduino Nano
Pulse sensor merupakan sensor yang berfungsi untuk mengukur banyaknya detak jantung dengan satuan menit atau BPM (BeatsPerMinutes). Pada manusia detak jantung normal berkisar antara 60–100 menit sekali dengan catatan tidak sedang melakukan kegiatan yang dapat memacu detak jantung bekerja lebih cepat, misalnya lari, marah, dan lain sebagainya. Pulse sensor bekerja dengan memanfaatkan cahaya. Saat sensor ini diletakkan dipermukaan kulit, sebagian besar cahaya diserap atau dipantulkan oleh organ dan jaringan (kulit, tulang, otot, darah), namun sebagian cahaya melewati jaringan tubuh yang cukup tipis. Ketika jantung memompa darah melalui tubuh, dari setiap denyut yang terjadi, timbul gelombang pulsa (jenis seperti gelombang kejut) yang bergerak di sepanjang arteri dan menjalar ke jaringan kapiler di mana pulse sensor terpasang. Sensor bisa bekerja dengan baik pada tegangan 5V dan 3.3V di mikrokontroler. Pulse sensor memiliki ukuran yang kecil sehingga memudahkan dalam penggunaan. Terdapat kode warna kabel dengan terminal male 3 kawat (ground, power, data) konektor standar. Pada penelitian ini, Pulse sensor dihubungkan dengan Arduino Nano seperti terlihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Skema rangkaian Pulse Sensor dengan Arduino Nano dan ADS1115
13
c. Galvanic Skin Response Sensor (GSR) dengan Arduino Nano
Galvanic Skin Response sensor adalah perangkat yang mengukur konduktansi listrik antara dua titik, biasanya antara dua jari sebagai kepadatan kelenjar keringat tertinggi pada tangan dan kaki. Sensor ini berpedoman pada kemampuan konduktivitas kulit yang terhubung kabel ke rangkaian dan berfungsi untuk mendeteksi kelembapan kulit seseorang. Komponen utama dari sensor GSR terdiri dari 2 lembar alumunium foil untuk menangkap sinyal-sinyal listrik yang ada pada kulit tangan. Konduktansi kulit merupakan indikasi psikologis atau fisiologis gairah yang dikendalikan oleh sistem saraf otonom. Jika cabang simpatik dari sistem saraf otonom sangat terangsang, maka aktivitas kelenjar keringat juga meningkat, hal ini menyebabkan meningkatkan konduktansi kulit, untuk mengamati hasil GSR dengan baik pekerjaan fisik ekstra harus dihindari seperti halnya berolah raga, serta suhu udara ruangan juga mempengaruhi kinerja sensor ini maka pengukuran alat ini dilakukan pada kondisi suhu ruangan normal.
Pada penelitian ini, GSR sensor dihubungkan dengan ADS1115 dan Arduino Nano seperti terlihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Skema rangkaian GSR Sensor dengan Arduino Nano
d. Bluetooth Module HC-05 dengan Arduino Nano
Bluetooth adalah salah satu bentuk komunikasi data secara nirkabel berbasis frekuensi radio. Penggunaan utama dari modul bluetooth ini adalah menggantikan komunikasi serial menggunakan kabel. Bluetooth terdiri dari dua jenis perangkat, yaitu Master (pengirim data) dan Slave (penerima). Modul HC-06 dari produsen koneksi secara default diset di kecepatan 9,600 bps (bisa dikustomisasi antara 1200 bps hingga 1,35 Mbps). Modul HC-05 hanya bisa berperan sebagai slave device. Jika menghubungkan dua sistem mikrokontroler agar bisa berkomunikasi
14
via serial port dengan menggunakan media frekuensi radio, maka dipasang sebuah modul Bluetooth Master pada satu sistem dan modul Bluetooth Slave pada sistem lainnya. Komunikasi dapat langsung dilakukan setelah kedua modul Bluetooth melakukan pairing koneksi. Koneksi melalui Bluetooth ini menyerupai komunikasi serial komunikasi biasa, yaitu adanya pin komunikasi TXD dan pin komunikasi RXD. Sistem mikrokontroler dipasangi modul Bluetooth Slave dapat berkomunikasi dengan perangkat lain misal laptop yang dilengkapi adapter Bluetooth, perangkat ponsel, smartphone, GPS, dan lainnya. Pada penelitian ini, skema rangkaian Arduino Nano dengan Bluetooth Module HC-05 dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11. Skema rangkaian Bluetooth Module HC-05 dengan Arduino Nano e. Penggabungan rangkaian berbasis Arduino Nano
Pada penelitian ini, Arduino Nano merupakan salah satu sistem kontrol yang digunakan. Sistem kontrol berfungsi untuk mengontrol dan mengolah data pengukuran yang akan dibuat. Arduino Nano pada penelitian ini berfungsi sebagai sistem pemproses data pengukuran alat ukur kesehatan berdasarkan nilai masukkan dari Galvanic Skin Response sensor dan Pulse Sensor. Nilai-nilai pengukuran sensor akan dikirimkan ke Raspberry Pi menggunakan module Bluetooth HC-05 yang dihubungkan dengan Arduino Nano dan kemudian hasil pengukuran akan ditampilkan pada LCD HDMI Touchscreen 7 Inchi dalam bentuk nilai dan grafik hasil pengukuran. Rangkaian yang menggunakan Arduino Nano sebagai sistem kontrolnya dapat dilihat seperti Gambar 12.
15
Gambar 12. Skema rangkaian berbasis Arduino Nano
f. Raspberry Pi 4 dengan LCD HDMI Touchscreen 7 inchi
Pada penelitian ini, hasil pengukuran dari rancang bangun alat ukur kesehatan menggunakan pemrograman GUI Python yang akan ditampilkan pada LCD HDMI touchscreen 7 inchi. LCD atau liquid crystal display adalah suatu jenis media display (tampilan) yang menggunakan kristal cair (liquid crystal) untuk menghasilkan gambar yang terlihat. LCD pada dasarnya terdiri dari dua bagian utama yaitu bagian backlight (lampu latar belakang) dan bagian liquid crystal. Seperti yang disebutkan sebelumnya, LCD tidak memancarkan pencahayaan apapun, LCD hanya merefleksikan dan mentransmisikan cahaya yang melewatinya. Oleh karena itu, LCD memerlukan Backlight atau Cahaya latar belakang untuk sumber cahayanya. Cahaya backlight tersebut pada umumnya adalah berwarna putih. Sedangkan liquid crystal sendiri adalah cairan organik yang berada diantara dua lembar kaca yang memiliki permukaan transparan yang konduktif. Pada penelitian ini, LCD dihubungkan dengan Raspberry Pi 4 Model B seperti terlihat pada Gambar 13.
Gambar 13. Skema rangkaian LCD dengan Raspberry Pi 4
16 3.5 Luaran Penelitian
Luaran penelitian yang akan dicapai dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Laporan Penelitian;
2. Tiga buah publikasi pada jurnal sebagai berikut:
a. International Journal on Advanced Science, Engineering and Information Technology Vol 12 No. 2 Tahun 2022 (scopus: Q2),
b. Prosiding Internasional terindeks scopus (Journal of Physics Conference series tahun 2022), dan
c. dan Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika vol. 10 no. 2 Juli 2021 (Terakreditasi Sinta 3).
3. Presentasi makalah dalam pertemuan ilmiah internasional, The International Conference on Theoretical and Applied Physics (The ICTAP 2021) di Padang 3.6 Rencana Target Capaian
Adapun rencana target yang ingin dicapai pada penelitian ini seperti dituangkan dalam Tabel 2.
Tabel 2. Rencana Target Capaian
No Jenis Luaran Indikator
Capaian Kategori Sub Kategori Wajib Tambahan TS1) 1 Publikasi ilmiah2)
Internasional V Accepted
Nasional Terakreditasi
V Publish
Nasional Tidak Terakreditasi
Tidak ada 2 Pemakalah dalam
temu ilmiah3)
Internasional V Sudah
dilaksanakan
Nasional Tidak ada
Lokal Tidak ada
3 Invited speaker dalam temu ilmiah4)
Internasional Tidak ada
Nasional Tidak ada
Lokal Tidak ada
4 Visiting Lecturer5)
Internasional Tidak ada
5 Hak Kekayaan Paten Tidak ada
17 Intelektual
(HKI)6)
Paten sederhana
Tidak ada
Hak cipta Tidak ada
Merek dagang Tidak ada
Rahasia dagang
Tidak ada Desaian
produk industri
Tidak ada Indikasi
Geografis
Tidak ada Perlindungan
varietas tanaman
Tidak ada
Perlindungan Topografi Sirkuit Terpadu
Tidak ada
6 Teknologi Tepat Guna7)
Tidak ada 7 Model/Prototip/D
esain/Karya Seni/Rekayasa Sosial7)
Tidak ada
8 Buku Ajar
(ISBN)8)
Tidak ada 9 Tingkat Kesiapan
Teknologi (TKT)9)
V 5
18
BAB 4. RENCANA ANGGARAN BIAYA DAN JADWAL PENELITIAN
4.1 Ringkasan Anggaran Biaya Penelitian
Ringkasan anggaran biaya penelitian unggulan seperti terlihat pada Tabel 3.
No. Jenis Pengeluaran Biaya
Penelitian (Rp)
1 Pengadaan Alat dan Bahan 16.000.000
2 Perjalanan (Travel Expenditure) 4.000.000
3 Alat Tulis Kantor (ATK) dan Karakterisasi 5.750.000
4 Laporan/Diseminasi/Publikasi 9.250.000
TOTAL PENGAJUAN ANGGARAN 35.000.000 a. Biaya Pengadaan Alat dan Bahan
No Nama Bahan Vol. Kuantitas
Harga Satuan (Rp)
Anggaran yang Diusulkan
(Rp)
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
A Bahan Penelitian
1 Akrilik 5 mm 1 keping 750.000 750.000
2 LCD HDMI toucsreen 7 inch 2 buah 1.500.000 3.000.000
3 Arduino uno 4 buah 500.000 2.000.000
4 Raspberry pi 4 2 buah 750.000 1.500.000
5 Motor stepper Nema17 5 buah 500.000 2.500.000
6 Keypad 4x4 10 buah 50.000 500.000
7 Seven segmen 4 digit 10 buah 50.000 500.000
8 MLX90614 Sensor 1 buah 500.000 500.000
9 Galvanic Skin Response Sensor 2 Buah 500.000 1.000.000
10 Pulse Sensor 1 Buah 500.000 500.000
11 ADS1115 16Bit I2C 2 Buah 250.000 500.000
12 Bluetooth Module HC–06 4 buah 50.000 200.000
13 Kabel HDMI 10 Meter 20.000 200.000
14 Saklar on/off 10 Buah 20.000 200.000
15 Push botton 10 Buah 20.000 200.000
16 Relay 10 Buah 25.000 250.000
17 Max7219/I2C 10 Buah 75.000 750.000
18 Modul RTC 10 Buah 40.000 400.000
19 Power Supply 5V/10 A 2 Buah 125.000 250.000
19
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
20 Case LCD HDMI Touchscreen 7 inchi
2 Buah 75.000 150.000
21 Kabel power 2 Buah 25.000 50.000
22 Kabel jumper 10 Meter 10.000 100.000
TOTAL 16.000.000
b. Biaya Perjalanan (Travel Expenditure)
No Aktivitas Justifikasi
Perjalanan Kuantitas
Harga Satuan (Rp)
Jumlah (Rp) 1 Tiket Lampung-padang PP 2 1.500.000 3.000.000 2 Transportasi dalam
kota
PP 10 100.000 1.000.000
TOTAL 4.000.000
c. Biaya Alat Tulis Kantor (ATK) dan Karakterisasi
No Nama Alat Kuantitas
Harga Satuan (Rp)
Jumlah (Rp) A Alat Tulis Kantor (ATK)
1 Tinta Printer 5 buah 50.000 250.000
2 Kertas ATK 5 buah 50.000 250.000
3 Catridge printer 4 buah 250.000 1.000.000
4 Buku penelitian 5 buah 50.000 250.000
B Karakterisasi
1 Sewa Mikroskop 10 150.000 1.500.000
2 Sewa Digital Tachometer 10 250.000 2.500.000
3 Sewa Laboratorium 6 300.0000 1.800.000
TOTAL 5.750.000
d. Biaya Laporan/Diseminasi/Publikasi
No Nama Bahan Kuantitas
Harga Satuan (Rp)
Anggaran yang Diusulkan
(Rp) 1 Pembuatan laporan penelitian 10 75.000 750.000 2 Rapat dan seminar peer grup 5 400.000 2.000.000 3 Biaya seminar internasional 1 3.000.000 3.000.000 4 Biaya publikasi jurnal nasional
terakreditasi 1 1.500.000 1.500.000
5 Biaya publikadi jurnal
internasional terindeks 1 2.000.000 2.000.000
TOTAL 9.250.000
20 4.2 Jadwal Penelitian
No Jenis Kegiatan Bulan
Apr Mei Jun Jul Agu Sep 1 Studi literature dan perancangan
sistem
2 Simulasi, pembelian alat dan bahan 3 Pengujian sistem secara keseluruhan 4 Pengambilan dan analisis data 5 Penyusunan laporan
6 Publikasi dan sosialisasi hasil penelitian
21
DAFTAR PUSTAKA
Agung, A. & A. Hendryani. (2019). Rancang Bangun Alat Monitor Detak Jantung dan Suhu Tubuh Berbasis Android. Jurnal Sehat Mandiri, 14(2), pp. 1–9.
Anjarsari, L.A., Surtono, A., Supriyanto, A. (2015). Desain dan Realisasi Alat Ukur Massa Jenis Zat Cair Berdasarkan Hukum Archimedes Menggunakan Sensor Fotodioda. Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika, 3(2), pp. 123-130.
Arsyiil, S., Taqwa, A. & Handayani A.S. (2019). Multi Sensor Untuk Monitoring Kesehatan. Seminar Nasional Inovasi dan Aplikasi Teknologi, pp. 44–49.
Bonita, A.B., Supriyanto, A. & Surtono, A. (2018). Rancang-bangun Pengendali On/Off Nebulizer Berbasis Sensor Fotodioda, Komparator, dan Relay. Jurnal Penelitian Sains, 20(1), pp. 10-13.
Chasanah, C.N., Handayani, A.N. & Zaeni, I.A.E. (2018). Pemantauan Kesehatan Pada Lanjut Usia Berbasis Mikrokontroler. Prosiding Seminar Nasional Teknologi Elektro Terapan, 02(01), pp. 123–128.
Derisma & Saputra, M.H. (2020). Prototype Sistem Monitoring Kesehatan Terintegrasi dengan Keluaran Pada Smartphone Android. Jurnal Sistem Komputer, 9(1), pp. 35–41.
Fadillah, H., Agustian, I. & Indriani, A. (2015). Perancangan Alat Pemantau Detak Jantung, Resistansi Kulit dan Suhu Tubuh Jarak Jauh. Jurnal Ilmiah Bidang Teknik Elektro dan Komputer Amplifier, 5(2), pp. 70–75.
Fernando, B., Supriyanto, A. & Suciyati, S.W. (2013). Realisasi Alat Ukur Konsentrasi Karbon Monoksida (CO) pada Gas Buang Kendaraan Bermotor Berbasis Sensor Gas TGS 2201 dan Mikrokontroler ATMega8535. Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika, 1(1), pp. 43-47.
Junaidi, Sulistiya, A., Surtono, A., Supriyanto, A., & Warsito. (2020). A frequency generator of 40-60 kHz based on arduino for ultrasonic cleaner applications. J. Phys.: Conf. Ser. 1572, 012014.
Lalu, A.H. & Yudhana, A. (2018). Rancang Bangun Pendeteksi Psikologis Seseorang Berdasarkan Detak Jantung Berbasis Komputer. Transmisi,20(1), pp.43-48.
Mudhoffar, M.N., Wahyuning, C.S. & Nugraha, C. (2014). Perancangan Alat Ukur Stres Melalui Galvanic Skin Response Menggunakan Sistem Minimum Microcontroler. Jurnal Online Institut Teknologi Nasional, 02(03), pp. 257–
266.
Nasution, N., Supriyanto, A., & Suciyati, S.W. (2015). Implementasi Sensor Fotodioda sebagai Pendeteksi Serapan Sinar Infra Merah pada Kaca. Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika, 3(2), pp. 111-116.
Ni, P. Y. N., Pebralia, J., Dewi, C.Y. & Hendro. (2015). Studi Penerapan Sensor MLX90614 Sebagai Pengukur Suhu Tinggi secara Non-kontak Berbasis Arduino dan Labview. Prosiding Simposium Nasional Inovasi dan Pembelajaran Sains, pp. 89–92.
Prabha, M. (2018). Sistem Pemantauan Kesehatan Otomatis Menggunakan Raspberry Pi. Jurnal Internasional Matematika Murni dan Terapan, 118(8),
22 pp. 613–619.
Regina, S., Hardiyanto, N., & Husna, H. (2015). Sensor Galvanic Skin Response (GSR) Berbasis Arduino Uno Sebagai Pendeteksi Tingkat Stres Manusia.
Prosiding SKF, pp. 422–427.
Surtono, A., Junaidi, & Pauzi, G. A. (2016a). Deteksi Miokard Infark Jantung pada Rekaman Elektrokardiogram Menggunakan Elevasi Segmen ST. Jurnal Teori Dan Aplikasi Fisika, 04(01), pp. 119–124.
Surtono, A., Nasihin, I., Junaidi, & Saidi, S. (2016b). Studi Karakteristik Rangkaian Penguat Sinyal Biopotensial Elektrokardiografi (EKG).
SIMATERI, Jurnal Ilmu Fisika Indonesia, 2(2), pp. 43–48.
