TUGAS AKHIR
Prototype Alat Pemantau Suhu Tubuh, Detak Jantung Dan Saturasi Oksigen Menggunakan ESP32 dengan Koneksi Bluetooth Smartphone
Oleh:
DIMAS BAHTIYAR
NIM 11190007
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI KOMPUTER POLITEKNIK NSC
SURABAYA
2022
TUGAS AKHIR
Prototype Alat Pemantau Suhu Tubuh, Detak Jantung Dan Saturasi Oksigen Menggunakan ESP32dengan Koneksi Bluetooth Smartphone
Oleh : Dimas Bahtiyar NIM : 11190007
Politeknik NSC Surabaya Tanggal 04 Februari 2022
Menyetujui, Mengetahui
Pembimbing Ketua Program Studi Teknologi Komputer
Arif Budijanto,ST, MT Heru Prasetyo, S.E., M.Kom NIDN. 0725107206
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan karunia beserta rahmat-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan proposal Tugas Akhir dengan judul “Alat Monitoring Kadar Oksigen Dalam Darah Dan Suhu Tubuh Berbasis Internet of Things dengan Menggunakan Blink IOT” Proposal penyusunan penelitian ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi mahasiswa Program Studi Diploma Teknologi Komputer Politeknik NSC Surabaya dalam Tugas Akhir. Proposal ini disusun atas kerjasama dan berkat bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penyusun mengucapkan terima kasih kepada:
1. Eko Tjiptojuwono, SE.MM., M.MPar Selaku Direktur Politeknik NSC Surabaya 2 Bapak Heru Prasetyo, S.E., M.Kom. selaku Ketua Program Studi Teknologi Komputer.
3. Pak Arif Budianto,ST, MT selaku dosen wali sekaligus dosen pembimbing Tugas akhir.
4. Bapak Rudianto, S.T., M.Cs. selaku Dosen Politeknik NSC Surabaya 5. Pak Najib Fahmi ST, MT selaku guru saya dibidang Elektronika dan IOT 6. Dan teman-teman kampus serta ikut mendukung atas selesainya Tugas Akhir ini dukungannya, baik secara material maupun doa hingga terselesaikannya laporan ini.
Penyusun menyadari adanya keterbatasan di dalam penyusunan laporan tugas akhir ini. Besar harapan penyusun akan saran dan kritik yang bersifat membangun. Akhirnya Penyusun berharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi penyusun dan bagi pembaca sekalian.
Surabaya, 4 Februari 2022 Penulis
PERNYATAAN
Saya, Dimas Bahtiyar (11190007) menyatakan bahwa:
1. Tugas Akhir saya ini adalah asli dan benar-benar hasil karya saya sendiri, bukan hasil karya orang lain dengan mengatasnamakan saya serta bukan merupakan hasil peniruan atau penjiplakan (plagiarism) dari hasil karya orang lain. Tugas Akhir ini belum pernah diajukan untuk mendapatkan gelar akademik baik di Politeknik NSC Surabaya, maupun di perguruan tinggi lainnya.
2. Dalam Proposal Tugas Akhir ini tidak terdapat karya atau pendapat yang telah ditulis atau dipublikasikan orang lain, kecuali secara tertulis dengan jelas dicantumkan sebagai acuan dengan disebutkan nama pengarang dan dicantumkan dalam daftar kepustakaan.
3. Pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya, dan apabila di kemudian hari terdapat penyimpangan dan ketidakbenaran dalam pernyataan ini, maka saya bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar yang telah diperoleh karena karya tulis ini, serta sanksi-sanksi lainnya sesuai dengan norma dan peraturan yang berlaku di Politeknik NSC Surabaya.
Surabaya, 04 Februari 2022 Yang Membuat Pernyataan,
Dimas Bahtiyar NIM. 11190007
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR...iii
PERNYATAAN... iv
DAFTAR GAMBAR...vii
ABSTRAK... - 1 -
BAB I... - 2 -
PENDAHULUAN...- 2 -
A. Latar Belakang Masalah... - 2 -
B. Rumusan Masalah....- 2 -
C. Tujuan dan Manfaat Penelitian... - 3 -
BAB II LANDASAN TEORI... - 4 -
2.1 Oximeter... - 4 -
2.2 Sensor MAX30102... - 6 -
2.4 Mikrontroler ESP32 Dev kit... - 8 -
2.5 Oled SSD1306...- 13 -
2.6 Software Serial Bluetooth... - 14 -
2.7 Mit Inventor...- 15 -
2.8 IDE Arduino...- 18 -
BAB III...- 19 -
METODOLOGI...- 19 -
3.1 Metode Yang Digunakan...- 19 -
3.2 Sensor MAX30102...- 20 -
A. Saturasi oksigen...- 21 -
B. Heart Rate/ Denyut jantung...- 22 -
C. Temperature/ Suhu...- 22 -
3.3 Rangkaian Skematik...- 22 -
3.4 Pengolahan Proses Data... - 23 -
3.4 Flowchart... - 24 -
BAB IV...- 27 -
HASIL DAN PEMBAHASAN...- 27 -
4.1 Pengujian Sensor dengan Smartphone Menggunakan Serial Bluetooth.... - 28 -
4.2 Pengujian Sensor dengan Smartphone Menggunakan App MIT Inventor.... - 29 -
4.3 Pengujian Kalibrasi...- 30 -
BAB V... - 33 -
KESIMPULAN DAN SARAN...- 33 -
5.1 Kesimpulan...- 33 -
5.2 Saran...- 33 -
DAFTAR PUSTAKA... - 34 -
DAFTAR GAMBAR
1.Gambar 2.1 Sebuah probe oksimeter pulsa diterapkan pada jari seseorang...- 4 -
2.Gambar 2.2 Sensor MAX30102...- 6 -
3.Gambar 2.3 Konfigurasi Pin out Sensor MAX30102...- 6 -
4.Gambar 2.4 Cara kerja Sensor MAX30102...- 7 -
5.Gambar 2.5 Scematic Pin OUT ESP 32...- 9 -
6.Gambar 2.6 Diagram blok fungsi ESP32...- 10 -
7.Gambar 2.6 Bentuk fisik ESP32 Dev Kit dan beserta fungsinya...- 12 -
8.Gambar 2. 7 Oled Display SSD1306...- 14 -
9.Gambar 2.8 Gambar UI/UX halaman editor aplikasi android di app inventor...- 17 -
10.Gambar 2.9 Tampilan UI/UX lembar kerja code blok...- 18 -
11.Gambar 3.0 : Gambar lembar kerja UI/UX Aplikasi IDE Arduino...- 19 -
12.Gambar 3.1 Diagram blok pembacaan sensor...- 19 -
13.Gambar 3.2 jari diletakkan diatas sensor, kemudian cahaya dari LED merah dan LED...- 21 -
14.Gambar 3.3 Rumus saturasi oksigen sumber dari data jurnal...- 21 -
15.Gambar 3.2 Rangkaian skematik dan desain rangkaian PCB ESP 32Dev Kit dengan sensor MAX30102...- 23 -
16.Gambar 3.3 Diagram blok perencanaan sistem...- 24 -
17.Gambar 4.1 Desain alat oximeter...- 27 -
18.Gambar 4.2 Pengujian oximeter menggunakan serial bluetooth di smartphone...- 28 -
19.Gambar 4.4 lembar kerja susunan diagram blok untuk aplikasi hear bate, Spo2 dan suhu tubuh mobile/android...- 29 -
20.Gambar 4.4 Hasil pengukuran via mobile android...- 29 -
21.Gambar 4.5 Perbandingan hasil kalibrasi menggunakan smartwatch diri...- 30 -
22.Gambar 4.6 Kalibrasi menggunakan thermometer digital, test pengukuran suhu diri sendiri.- 31 - 23.Gambar 4.7 Pengujian prototype MAX30102 dilakukan oleh user sendiri,...- 31 -
ABSTRAK
Pulse oximetri merupakan alat kesehatan non invasive yang digunakan untuk memonitor saturasi oksigen SpO2 dalam darah dan denyut jantung. Sebuah oksimeter pulsa adalah perangkat yang biasanya ditempatkan di ujung jari. Ini menggunakan sinar cahaya LED untuk memperkirakan saturasi oksigen darah dan denyut nadi. Saturasi oksigen memberikan informasi tentang jumlah oksigen yang dibawa dalam darah. Pulse oximeter dapat memperkirakan jumlah oksigen dalam darah tanpa harus mengambil sampel darah.
Kebanyakan oksimeter pulsa menunjukkan dua atau tiga angka. Angka yang paling penting, tingkat saturasi oksigen, biasanya disingkat SpO2, dan disajikan sebagai persentase. Denyut nadi (mirip dengan denyut jantung) Pulse Rate disingkat PR, dan terkadang ada angka ketiga untuk kekuatan sinyal. Nilai saturasi oksigen antara 95% dan 100% untuk sebagian besar sehat, tetapi terkadang bisa lebih rendah pada orang dengan masalah paru-paru. Tingkat saturasi oksigen juga umumnya sedikit lebih rendah bagi mereka yang tinggal di tempat ketinggian yang lebih tinggi, dalam perangkat ini sensor MAX30102 juga dilengkapi sensor suhu yang lebih sensitif.
Keyword :ESP32, MAX30102, OLED SSD1306
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah
Jantung merupakan salah satu organ penting dalam tubuh yang memiliki tugas yang berat dan bekerja sangat keras. Jantung berfungsi sebagai pemompa darah keseluruh tubuh. Segala di konsumsi dan juga aktifitas yang dikerjakan setiap harinya dapat mempengaruhi kondisi jantung. Semakin bertambahnya usia manusia, akan berpengaruh terhadap fungsi jantung itu sendiri. Detak jantung manusia normal berkisar antara 60-100 denyut per menit (beats per minute/bpm) Detak jantung yang normal membantu dalam mengangkut oksigen ke seluruh tubuh. Saturasi oksigen darah yang normal juga membantu kinerja jantung sehingga kita tidak mudah kelelahan. Tanda vital ini dapat digunakan sebagai acuan atau indikasi mengenai kondisi seseorang , sementara itu untuk suhu tubuh dapat dijadikan sebagai parameter utama kesehatan manusia. Selain jantung, suhu tubuh atau panas tubuh juga penting untuk mengontrol kondisi tubuh dengan lingkungan sekitar dan mengetahui gejala gejala demam, suhu tubuh adalah perbedaan antara suhu panas yang diproduksi oleh proses tubuh dengan jumlah panas. Dalam kehiduan sehari hari kita perlu mengetahui kondisi tubuh kita. Suhu tubuh manusia normal biasanya berada diantara 34 – 36,5°Celcius.
B. Rumusan Masalah.
Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan, maka penulis membuat ini dirancang sebuah alat untuk monitoring denyut jantung, SpO2, dan suhu tubuh”..
Dalam penulisan ilmiah ini, penulis akan memberikan suatu solusi tentang:
1. Bagaimana alat ini kedua sensor bisa dilihat hasil Denyut Jantung (Heart Rate), Saturasi Oksigen dan Suhu Tubuh menggunakan koneksikan viamobile android.
2. Bagaimana Mentransmisikan data hasil pembacaan sensor MAX30102 dengan layer OLED.
C. Tujuan dan Manfaat Penelitian
Penelitian ini merupakan berbasis IOT, Dalam penelitian ini dirancang sebuah alat untuk monitoring denyut jantung, oksigen dalam darah, dan suhu Menggunakan sensor OXY MAX30102, dari data hasil sensor itu pengiriman data via Bluetooth menggunakan modul ESP32Devkit, Peletakan sensor Oxy meter Max 30102 diletakkan dijari tangan kiri orang dewasa dibagian telunjuk, menampilkan sinyal denyut jantung dan persentase SpO2 Oksigen dalam darah, sensor ini dilengkapi temperature suhu, Sensor MAX30102 memiliki sensor suhu on-chip untuk mengkalibrasi ketergantungan suhu dari sub-SpO2 sistem. Sensor suhu memiliki resolusi yang melekat 0,0625 °C. Data keluaran perangkat relatif sensitif terhadap panjang gelombang LED IR, di mana gelombang LED Merah panjang sangat penting untuk mengoreksi interpretasi data. Sebuah Algoritma SpO2 digunakan dengan sinyal keluaran MAX30102 dapat mengkompensasi kesalahan SpO2 terkait dengan perubahan suhu.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Oximeter
Oksimeter pulsa adalah perangkat medis yang secara tidak langsung memantau saturasi oksigen darah pasien (berlawanan dengan mengukur saturasi oksigen secara langsung melalui sampel darah) dan perubahan volume darah di kulit, menghasilkan fotopletismogram yang dapat diproses lebih lanjut menjadi pengukuran lain. . Pulse oximeter dapat dimasukkan ke dalam monitor pasien multiparameter. Kebanyakan monitor juga menampilkan denyut nadi. Oksimeter pulsa portabel yang dioperasikan dengan baterai juga tersedia untuk transportasi atau pemantauan oksigen darah di rumah.
Gambar 2.1 Sebuah probe oksimeter pulsa diterapkan pada jari seseorang (Sumber : Wikipedia-oxymeter)
2.2 Sensor MAX30102
MAX30102 (model penerus MAX30100) adalah modul sensor yang digunakan untuk memonitoring kadar oksigen dalam darah (SpO2) dan detak jantung (BPM).
Sensor ini memiliki antarmuka I2C dan keluaran nilainya berupa digital sehingga dapat dihubungkan dengan Arduino, Raspberry Pi, STM32, dan mikrokontroller yang memiliki antarmuka I2C.
Gambar 2.2 Sensor MAX30102
(Sumber : https://microcontrollerslab.com/esp32-heart-rate-pulse-oximeter- max30102/)
Spesifikasi MAX30102 Sebagai berikut
Catu Daya = 1,8V
Catu Daya LED Internal = 3,3V
Masukan arus -20mA
Kemampuan data membaca sampel akurasi tinggi
Beroperasi Pada Suhu -40 C sampai +85 C
Gambar 2.3 Konfigurasi Pin out Sensor MAX30102
(Sumber : https://microcontrollerslab.com/esp32-heart-rate-pulse-oximeter- max30102/)
Dibawah ini deskripsi tabel pin konfigurasi MAX30102 terdapat 7 Pin sensor modul dengan mengaktifkan modul I2C protokol komunikasi dengan mikrontroler.
PIN NAMA FUNGSI
1, 5, 6, 7, 8, 14
N.C. NC(No Conection) Tidak ada koneksi. Hubungkan ke bantalan PCB untuk stabilitas mekanis.
2 SCL I2C Clock Input
3 SDA I2C Data, Bidirectional (Open-Drain)
4 PGND Power Ground LED Driver Blocks
9 10
VLED+
VLED+
Catu Daya LED (koneksi anoda). Gunakan kapasitor bypass ke PGND untuk performa terbaik
11 VDD Analog Power Supply Input.
12 GND Analog Ground
13 INT INT (Intruksi) Interupsi Aktif-Rendah (Open-Drain). Hubungkan ke tegangan eksternal dengan resistor pullup.
Gambar 2.4 Cara kerja Sensor MAX30102
(Sumber : https://microcontrollerslab.com/esp32-heart-rate-pulse-oximeter- max30102/)
Pada Gambar 2.4 diatas cara kerja sensor MAX 30102 sepasang Light-emitting diode yang memancarkan cahaya merah monokromatik pada gelombang 660nm
dan cahaya infra merah pada gelombang 940 nm, Ada dua bagian sensor, diode pemancar dan photofetector. Saatfotodioda memancarkan cahaya, Cahaya yang dipancarkan diserap oleh darah ber oksigen dan sisa cahaya dipantulkan melalui jari di detector yang keluarannya kemudian diproses dan dibaca mikrokontroler.
Cara kerja Sebuah oksimeter pulsa memonitor saturasi oksigen (SpO2) darah manusia berdasarkan lampu merah (600- 750 nm panjang gelombang) dan cahaya inframerah (850-1000 nm panjang gelombang) karakteristik penyerapan teroksigenasi hemoglobin (HbO2) dan hemoglobin terdeoksigenasi (Hb).
Oksimeter pulsa berkedip merah dan inframerah menyala secara bergantian melalui jari ke fotodioda. HbO2 menyerap lebih banyak cahaya inframerah dan memungkinkan lebih banyak warna merah cahaya untuk melewatinya. Di sisi lain, Hb menyerap lebih banyak cahaya merah dan memungkinkan lebih banyak cahaya inframerah untuk lewat melalui. Fotodioda menerima cahaya yang tidak diserap dari masing-masing LED.
2.4 Mikrontroler ESP32 Dev kit
ESP32 adalah mikrontroler yang dikenalkan oleh Espresif System merupakan penerus dari mikrontroler ESP8266, pada mikrontroler ini sudah tersedia modil wifi dalam chip sehingga mendukung sistem aplikasi IOT, ESP32 dibandingkan dengan mikrontroler dibanding dengan mikrokontroler yang lain, mulai dari pin out nya yang lebih banyak pin analog lebih banyak, memori yang lebih besar, terdapat bluetooth 4.0 low energy serta tersedia WiFi yang memungkinkan untuk mengaplikasikan Internet of Things
Ada banyak varian model ESP32 Development Kit (board untuk membuat aplikasi dengan ESP32), salah satunya ESP32 DEVKIT V1 yang nantinya Penulis tugas Akhir ini akan kita pakai untuk membuat beberapa aplikasi IoT (Internet of Things) dengan ESP32.
dengan mikokontroler ESP3 meskipun begitu, tidak semua pin dengan fitur tertentu pada ESP32 cocok digunakan untuk semua keperluan di dalam project.
gambar berikut menunjukkan pin – pin yang paling baik digunakan sebagai input, output dan beberapa catatan yang perlu diperhatikan saat menentukan pin mana yang digunakan.
Gambar 2.5 Scematic Pin OUT ESP 32
(Sumber : https://circuits4you.com/2018/12/31/esp32-devkit-esp32-wroom-gpio- pinout/)
Bentuk Arsitektur dan Block Diagram dari ESP32 bisa dilihat pada gambar di bawah ini:
Gambar 2.6 Diagram blok fungsi ESP32. (Sumber : https://esp32-net) Fitur dan Spesifikasi ESP32
1. Prosesor:
Prosesoryang digunakan adalahTensilica Xtensa mikroprosesor LX6 32- bit- Prosesornya bisa 2 Core atau 1 core hal ini tergantung variasinya. - Frekuensi untuk clock maksimum 240 MHz. 2. Konektivitas nirkabel: Wi- Fi: 802.11 b/g/n/e/i (802.11n @2.4 GHz hingga 150 Mbit/s) Bluetooth:
v4.2 BR/EDR dan Bluetooth Low.
2. Wifi
Konektivitas nirkabel: Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i (802.11n @2.4 GHz hingga 150 Mbit/s) Bluetooth: v4.2 BR/EDR dan Bluetooth Low.
3. Memori
Memori internal ROM: 448 KB SRAM: 520 KB RTC fast SRAM: 8 KB RTC slow SRAM: 8 KB eFuse: 1 Kbit. Flash tertanam: 0 MB (ESP32- D0WDQ6, ESP32-D0WD, dan chip ESP32-S0WD) 2 MB (chip ESP32- D2WD) 4 MB (modul ESP32-PICO-D4 SiP) flash eksternal & SRAM:
Memori Flash eksternal sebesar 16 MB yang dipetakan ke dalam ruang kode pada CPU, ESP32 juga telah mendukung akses data 8-bit, 16-bit dan 32-bit. Memori flash atau SRAM eksternal Memori flash atau SRAM eksternal sebesar 8 MB dipetakan ke dalam ruang data CPU, ESP32 telah mendukung akses 8-bit, 16-bit dan 32-bit. Pembacaan data didukung pada memori flash dan SRAM. Sedangkan Penulisan data didukung pada memori SRAM.
4. Input/output (I/O) periferal:
Input/Output yang dimiliki oleh ESP32 adalah sensor sentuh kapasitif, telah dilengkapi konverter dari sinyal, dilengkapi juga alat untuk mengubah besaran digital menjadi sinyal tegangan analog atau sering disebut dengan Digital Analog Converter (DAC), sudah ada teknologi sirkuit terpadu yaitu I²C, dilengkapi juga dengan komunikasi serial baik penerima ataupun pemancar asingkron universal yang sering disebut UART, sudah ada Jaringan Area Pengendali CAN 2.0, dilengkapi juga dengan Serial Peripheral Interface, terdapat Suara Inter-IC Terpadu atau I²S, dilengkapi juga denganReduced Media-Independent Interface (RMII), terdapat juga modulasi lebar pulsa atauPulse Width Modulation (PWM).
5. Fitur Keamanan:
Fitur keamanan yang diterapkan pada board ESP32 telah cukup baik karena sudah mendukung semua fitur keamanan standar IEEE 802.11 seperti WFA, WPA/WPA2 dan WAPI Boot sudah cukup aman karena telah ter- Enkripsi flash OTP 1024-bit, hingga bisa 768 bit. Akselerasi
untuk perangkat keras kriptografis ESP32 antara lain: RSA, AES, SHA-2, generator angka acak(RNG) dan kurva eliptik kriptografi (ECC).
Gambar 2.6 Bentuk fisik ESP32 Dev Kit dan beserta fungsinya (Sumber : https://www.elektronikahendry.com/2020/07/part-1-hardware-
esp32.html)
Berikut ini Fungsi-fungsi Board ESP32 Dev Kit pada gambar diatas Soket Micro-USB pada board ESP32.
Soket ini guna menghubungkan computer dengan ESP32 melalui kabel USB.
Soket ini digunakan untuk mengupload program dan juga bisa untuk debugging serial karena ESP32 mendukung komunikasi secara serial, tombol Reset berfungsi mengatur ulang kode yang berjalan pada modul ESP32.
Tombol Booting (Boot).
Tombol boot ini digunakan untuk mengupload/mengunggah Program yang sudah dibuat di Arduino IDE ke dalam board ESP32. Pada saat mengupload program maka tombol boot harus ditekan. Jangan menekan tombol Boot dan EN secara bersamaan karena akan masuk ke mode unggahan firmware. Sebaiknya jangan gunakan mode ini kecuali kalau benar-benar sudah menguasainya.
LED Merah pada ESP32.
LED Merah yang terpasang buildin pada board ESP32 adalah indicator catu daya.
Jadi LED merah akan menyala saat board ESP32 terhubung ke power supply.
LED Biru pada ESP32. LED Biru yang telah building pada board ESP32 merupakan LED yang telah terhubung ke pin GPIO. LED biru bisa bisa
dimatikan/dihidupkan melalui pemrograman yang dibuat. Akan tetapi beberapa board yang hasil kloning buatan china ada juga yang LED berwarna merah.
Pin Input/Output ESP32.
Pada board ESP32 kita dapat mengakses semua pin Input/Output (I/O) melalui pin break-out. Pin ini mampu Baca/Tulis Digital, Baca/Tulis Analog, PWM, IIC, SPI, DAC, dan banyak lagi. Kita akan membahasnya nanti. UNtuk lebih jelasnya bisa mempelajari Datasheet pada ESP32. ESP-WROOM-32 pada ESP32. ESP- WROOM-32 merupakan mikroprosesor 32-bit yang dikembangkan oleh sistem Espressif.
2.5 Oled SSD1306
SSD1306 adalah driver CMOS OLED/PLED chip tunggal dengan pengontrol untuk pemancar cahaya organik/polimer sistem tampilangrafis dioda dot-matrix.
Oled ini terdiri dari 128 segmen dan 64 umum. IC ini dirancang untuk panel OLED tipe Katoda Umum.
SSD1306 dilengkapi dengan kontrol kontras, RAM tampilan, dan osilator, yang mengurangi jumlah komponen eksternal dan konsumsi daya. Ini memiliki kontrol kecerahan 256-langkah. Data/Perintah adalah dikirim dari MCU umum melalui Antarmuka Paralel kompatibel seri 6800/8000 yang dapat dipilih perangkat keras.
Gambar 2. 7 Oled Display SSD1306 (Sumber : Wikipedia/OLED)
2.6 Software Serial Bluetooth
Serial Bluetooth Terminal adalah aplikasi akses terminal yang memungkinkan Anda mengakses mikrokontroler arduino dan perangkat lain dengan antarmuka UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)dikembangkan oleh Koi Morch dari Jerman.
UART adalah bagian perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit- bit paralel data dan bit-bit serial. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal. UART sekarang ini termasuk di dalam beberapa mikrokontroler (contohnya, PIC16F628).
Seperti diketahui, ESP32 bisa berkomunikasi melalui wifi dan bluetooth. Aplikasi Serial Bluetooth Terminal. Modul ESP32 mendukung dua standard bluetooth saat ini, yaitu Classic Bluetooth (Classic BT) dan Bluetooth Low Energy (BLE).
Tutorial yang akan dilakukan menggunakan Classic BT.
Aplikasi Serial bluetooth terminal (SerialBT) bisa di dapat di aplikasi play store android. Aplikasi SerialBT dengan kapasitas kurang dari 1 MB dan sangat ringan tidak bebani memori, sangat berguna untuk komunikasi dengan perangkat bluetooth, yang Classic BT atau BLE, aplikasi ini tidak kompatible dengan perangkat IOS.
Fitur utama program Serial Komunikasi Bluetooth
Menghubungkan perangkat secara nirkabel melalui modul bluetooth.
Memungkinkan pertukaran informasi antara papan Arduino dan perangkat Android melalui sensor dan pengontrol.
Memungkinkan pemrograman rinci kontrol dalam proyek Arduino.
Memungkinkan koneksi bluetooth disimpan di latar belakang meskipun aplikasi ditutup.
Memungkinkan Anda untuk beralih kontrol berdasarkan kebutuhan programmer.
Terminal Bluetooth Serial untuk dikembangkan para developer Pendidikan yang mau mempelajari program Arduino, program ini cocok untuk pemrogram pemula yang tertarik menggunakan papan Arduino untuk mengontrol modul buatan sendiri dari jarak jauh melalui modul komunikasi nirkabel Bluetooth HC05 dan HC06.
Misalnya, dengan menggunakan terminal, Anda dapat mengontrol strip LED melalui antarmuka serial UART, dan mengonfigurasi pencahayaan masing- masing LED sesuai dengan kode yang dimasukkan ke dalam aplikasi.
2.7 Mit Inventor
Aplikasi Inventor adalah aplikasi web sumber terbuka yang awalnya dikembangkan oleh Google, dan saat ini dikelola oleh Massachusetts Institute of Technology (MIT).
App Inventor memungkinkan pengguna baru untuk memprogram komputer untuk menciptakan aplikasi perangkat lunak bagi sistem operasi Android. App Inventor menggunakan antarmuka grafis, serupa dengan antarmuka pengguna padaScratch dan StarLogo TNG, yang memungkinkan pengguna untuk men-drag-and-drop objek visual untuk menciptakan aplikasi yang bisa dijalankan pada perangkat Android. Dalam menciptakan App Inventor, Google telah melakukan riset yang berhubungan dengan komputasi edukasional dan menyelesaikan lingkungan
pengembangan online Google, Adapun kelebihan App Inventor dibanding Aplikasi Sejenisnya misal Android Studio adalah :
1. Gratis
App Inventor tidak meminta biaya apapun dalam pembuatan aplikasi dengan menggunakan semua fitur dan tools yang ada di App Inventor mudah, simple, aplikasi App Inventor juga tersedia versi Offline tanpa memerlukan jaringan internet.
2. Palette
Berisi seluruh komponen yang bisa kita pakai untuk membuat aplikasi.
Komponen yang terdapat pada palette ini dikelompokkan berdasarkan jenisnya.
Tidak hanya berisi komponen UI saja, tetapi ada Layout, Drawing and Animation, Sosial, Media dan Data.
3. Tampilan (UI UX)
Tampilan UI/UX MIT App Inventor terdapat dua halaman utama, yaitu halaman designer dan halaman blocks. Halaman designer digunakan untuk mendesain tampilan aplikasi dengan berbagai komponen dan layout yang disediakan sesuai dengan keinginan..
4. Tanpa Koding
Fitur utama yang paling banyak dicari pengguna adalah karena App Inventor dapat membuat Aplikasi Android tanpa harus menuliskan kode apapun, hanya logika dan sistem drag cukup menyusun Blok Programming lalu mengisinya dengan parameter.
5. Aplikasi ringan
Tidak perlu menginstal software lain untuk membuat Aplikasi Android, hanya dengan menggunakan Browser (direkomendasikan Google Chrome) dan Koneksi internet yang versi online, namun sekarang AppInventor ini telah memiliki versi Offline yang memungkinkan anda yang tidak mempunyai koneksi internet dapat membuat aplikasi dengan menggunakan versi offline dari AppInventor ini aplikasi offline cukup ringan dan model portable .
6. Test Secara Langsung
Untuk melakukan pengujian secara langsung dapat mengunduh Aplikasi App Inventori perangkat anda untuk melihat perubahan secara real-time.
Untuk memulai membuat aplikasi menggunakan App Inventor dengan masuk ke website:http://ai2.appinventor.mit.eduakan menampilkan halaman website seperti pada gambar 2. Kemudian meng- klik- “Creat App!” dan muncul perintah Sign In menggunakan email dan password.
Gambar 2.8 : Gambar UI/UX halaman editor aplikasi android yang akan kita buat di app inventor.
(Sumber : https://appinventor.mit.edu)
Pada Gambar 2.8 halaman blocks terdapat beberapa codeblock yang berfungsi untuk memprogram aplikasi android sesuai yang diinginkan. Pada halaman block terdapat beberapa komponen seperti Control, Logic, Math, Text, Lists, Colors, Variables, dan Procedures. Berikut adalah komponen yang terdapat pada halaman
blocks.
Gambar 2.9 Tampilan UI/UX lembar kerja code blok. (Sumber : https://appinventor.mit.edu/)
2.8 IDE Arduino
Arduino IDE merupakan kependekan dari Integrated Development Environment yang merupakan software untuk melakukan penulisan program, compile serta upload program ke board arduino. Pada artikel ini akan ditunjukkan tutorial dasar dalam menggunakan arduino IDE.
Gambar 3.0 : Gambar lembar kerja UI/UX Aplikasi IDE Arduino.
(Sumber :Arduino-ide)
BAB III METODOLOGI 3.1 Metode Yang Digunakan
Metode yang digunakan untuk pada pengukuran denyut jantung saturasi oksigen dan suhu tubuh ini menggunakan ESP32 sebagai pengolah data MAX30102 sebagai sesnsornya, MAX30102 terdapat infrared sebagai cahaya fotodiode untuk membaca intensitas cahaya, sistem ini diproses menggunakan software Arduino IDE dalam implementasi dibawah ini merupakan blok diagram pembacan sensor seperti gambar dibawah ini.
SMARTPHONE
ESP32 DEVKIT MAX30102
Gambar 3.1 Diagram blok pembacaan sensor
Dari Gambar 3.1 tersebut, MAX30100 mengukur denyut jantung, saturasi oksigen dalam darah dan suhu tubuh lalu data dikirimkan ke ESP32 Devkit untuk diproses yang kemudian hasilnya akan ditampilkan pada smartphone melalui Bluetooth.
Sebelum hasil pembacaan ditampilkan di smartphone, terlebih dahulu dilakukan proses filtering dan perhitungan pada denyut jantung dan saturasi oksigen agar dapat diambil informasinya. Tahapan-tahapan tersebut akan dijelaskan pada bab berikut ini.
3.2 Sensor MAX30102
Sensor MAX30102 merupakan modul yang di dalamnya terdapat LED merah, LED infrared, dan fotodiode, sensor ini ada tiga fungsi untuk deteksi oksigen dalam darah SPO2, denyut jantung, dan suhu.
Sensor ini menggunakan komunikasi I2C.Bus driver I2Cmerupakanopen drain, dimana saat sinyal low adalah nol volt dan sinyal high dalam keadaan floating, maka untuk dapat membaca data keluaran sensor dibutuhkanresistor pull-uppada SDA dan SCL pada I2C. Sensor ini dapat dikonfigurasi melalui register, yaitu berupa konfigurasi arus LED yang dapat di 9 program dari 0mA hingga 50mA dan resolusi ADC dari 13 bit hingga 16 bit. Selain itu data keluaran sensor yang disimpan pada FIFO (First In First Out) dapat menampung hingga 16 sampel.
Tiap sampel pada FIFO adalah 4 byte data, sehingga total data yang dapat disimpan di FIFO adalah 64 byte, dan dari 4 bytedata tersebut 2 byte terdiri dari data LED inframerah dan 2 byte adalah data dari LED merah.
Sensor ini menggunakanmode reflectance, dimana LED Merahinfrareddan fotodiode diletakkan satu baris, seperti gambar sensor yang ditunjukkan oleh ambar 3.2 serta cara penggunaan sensor ditunjukkan pada Gambar dibawah ini.
Gambar 3.2 jari diletakkan diatas sensor, kemudian cahaya dari LED merah dan LED (Sumber : https://lastminuteengineers.com/max30102-pulse-oximeter-heart-rate- sensor-arduino-tutorial/)
MAX30102 bekerja dengan menyinari kedua lampu ke jari atau daun telinga (atau pada dasarnya di mana saja di mana kulit tidak terlalu tebal, sehingga kedua lampu dapat dengan mudah menembus jaringan) dan mengukur jumlah cahaya yang dipantulkan menggunakan fotodetektor. Metode deteksi pulsa melalui cahaya ini disebutPhotoplethysmogram.
Photoplethysmograph (PPG) merupakan metode yang digunakan untuk mengetahui kondisi sistem kardiovaskular dengan mengukur perubahan volume darah pada jaringan kulit.
Cara kerja MAX30102 dapat dibagi menjadi tiga bagian: Pengukuran Heart Rate (Detak Jantung), Pulse Oximetry (kadar oksigen dalam darah) dan Suhu Tubuh.
A. Saturasi oksigen
Saturasi oksigen merupakan pengukuran dan perhitungan persentase dari oxyhemoglobin (HbO2) pada pembuluh darah arteri, saturasi oksigen didefinisikan oleh perbandingan oleh oxyhemoglobin dan deoxyhaemoglobin.
Maka dapat ditunjukkan pada persamaan dibawah ini.
Gambar 3.3 Rumus saturasi oksigen sumber dari data jurnal
(Sumber :Ahmad et al. / Malaysian Journal of Fundamental and Applied Sciences Vol.
15, No. 2 (2019) 173-177)
Oxyhemoglobin (HbO2) adalah hemoglobin yang sepenuhnya mengikat oksigen, sedangkan deoxyhaemoglobin (Hb) adalah hemoglobin yang tidak sepenuhnya
mengikat oksigen [2]. SaO2 adalah saturasi oksigen dari pembuluh darah arteri, sementara SpO2 adalah saturasi oksigen yang terdeteksi oleh pulse oximeter.
B. Heart Rate/ Denyut jantung
Jantung memompa darah ke seluruh tubuh melalui pembuluh darah arteri, yang menyebabkan pembuluh darah arteri mengalami kontraksi atau pada pembuluh meregang dan mengecil. Sehingga untuk mengukur denyut jantung dapat dilakukan pada pembuluh darah arteri dengan menggunakan photoplethysmography.
Denyut jantung normal saat istirahat pada bayi adalah 90-100 BPM, pada balita 100-130 BPM, pada anakanak 90-100 BPM, dan pada remaja adalah 80-100 BPM sesuai data Kemenkes. Pada penelitian lain menunjukkan bahwa denyut jantung cenderung menurun seiring bertambahnya usia.
C. Temperature/ Suhu
Tubuh manusia dapat mempertahankan suhu tubuh yang konstan pada 37 °C sebagai hasil dari keseimbangan antara produksi panas dan pembuangan panas dengan sistem termoregulasi (Tanda, 2016), jika suhu tubuh meningkat terjadi dalam kondisi ekstrim, yang lebih dari 400°C, akan mengancam jiwa dan berakibat fatal. Selain itu, dapat mengakibatkan kerusakan besar pada tubuh manusia dan penurunan kinerja (Adams et al., 2016) yang akan menyebabkan kolaps karena hipertermia (Tanda, 2016). Meskipun pembacaan suhu harus digunakan untuk mengkalibrasi pengukuran HR dan SpO2, ini dapat berguna sensor suhu yang sensitif, Sensor Suhu pada Chip pada MAX30102 memiliki sensor tubuh untuk mengukur kondisi sesuai subsistem SpO2. Sensor ini pendeteksi panas suhu tubuh memilikiresolusi implisit 0,0625°C. Informasi hasil Algoritma SpO2 yang digunakan dengan sinyal hasil MAX30102 dapat mengkompensasi kesalahan SpO2 terkait dengan perubahan suhu sekitar.
3.3 Rangkaian Skematik
Rangkaian sensor Max30102 dihubungkan dengan ESP32 dan dihubungkan dengan tegangan 3.3 volt pada ESP32 Devkit. Rangkaian ditunjukkan pada Gambar dibawah ini
Gambar 3.2 Rangkaian skematik dan desain rangkaian PCB ESP 32Dev Kit dengan sensor MAX30102
3.4 Pengolahan Proses Data
Pada Langkah selanjutnya merupakan proses data keluaran sensor pada Diagram blok sistem yang digambarkan pada gambar 3.3 menjelaskan tentang konfigurasi input dan output sistem. Dalam rancangan ini inputnya adalah Saturasi oksigen ( SpO2) dalam darah serta detak jantung heart rate yang diukur dan dideteksi suhu oleh sensor Oximeter ( MAX30102 ). Kemudian NodeMCU ESP32, sebagai pengendali dari keseluruhan dan sebagai fitur pemantauan jarak
jauh karena dapat terhubung dengan bluetooth. NodeMCU ESP32 disupply dengan catu daya listrik dan akan menampilkan hasil pembacaan dari sensor di layar LCD. Lalu setelah hasil telah didapat maka akan dikirimkan ke Mobile Android aplikasi MIT Inventor melalui Jaringan Bluetooth dapat diakses menggunakan Android / PC.
Gambar 3.3 Diagram blok perencanaan sistem
3.4 Flowchart
Sebelum dapat membaca data keluaran sensor, ada beberapa konfigurasi yang harus
dilakukan. Pertama Set mode inilisasi Heart rate atau detak jantung, saturasi oksigen dan temperature, mengatur arus pada LED merah inframerah, mengatur sample rate dan pulse width. Konfigurasi dapat dilakukan dengan melihat datasheet pada sensor, setelah dilakukan konfigurasi maka keluaran sensor dapat dibaca oleh ESP32 kemudian dapat dilakukan perhitungan detak jantung dan saturasi oksigen. Fungsi dari threshold tersebut adalah untuk mendeteksi puncak dari sinyal detak jantung. Pada perhitungan detak jantung memiliki dua metode,
yaitu metode menghitung detak jantung per menit dan menghitung detak jantung estimasi. Metode menghitung detak jantung per menit dengan cara menghitung jumlah puncak dari sinyal detak jantung selama satu menit, sedangkan menghitung detak jantung estimasi dengan cara menghitung frekuensi puncak ke puncak. Pada metode detak jantung per menit memperbarui data tiap satu menit dan metode estimasi memperbarui data tiap 20 detik, kedua metode tersebut dapat dilakukan secara bersamaan. Menghitung detak jantung estimasi menghitung detak jantung per menit. Alur program dapat ditunjukkan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Alur kerja sistem MAX30102
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil desain alat ukur detak jantung, saturasi oksigen, dan suhu yang telah dibuat akan diuji dan dianalisis. Pengujian dan analisis dilakukan untuk mengetahui kinerja alat ukur detak jantung saturasi oksigen dan suhu tubuh. Desain alat yang sudah dirancang dapat ditunjukan pada Gambar.4.1
Gambar 4.1 Desain alat oximeter
Prinsip kerja alat adalah ketika seseorang meletakan atau menempelkan salah satu jari tempat pada alat Sensor MAX30102 tersebut. Sensor yang digunakan dalam pengukuran alat adalah sensor max30102 yang digunakan sebagai pengukur saturasi oksigen, suhu tubuh, dan detak jantung. Hasil pendeteksian akan tertampil pada LCD dan Android.
4.1 Pengujian Sensor dengan Smartphone Menggunakan Serial Bluetooth.
Pengujian perangkat keras sensor dilakukan dengan menguji keluaran pada sensor komunikasi pada Bluetooth dengan smartphone. Pengujian ini menunjukkan akurasi dari keluaran sensor dengan detak jantung saturasi oksigen dan suhu tubuh pada subjek yang diukur, serta mengetahui kinerja koneksi Bluetooth dalam mengirimkan hasil dengan aplikasi Serial Bluetooth pembacaan sensor ke smartphone. Pengujian perangkat keras pada sensor ditunjukkan sebagai berikut.
Gambar 4.2 Pengujian oximeter menggunakan serial bluetooth di smartphone
4.2 Pengujian Sensor dengan Smartphone Menggunakan App MIT Inventor.
Dalam pengujian ini untuk membuat aplikasi android menggunakan Mit Inventor, aplikasi Pemrograman untuk membuat aplikasi android terdiri dari koneksi modul program bluetooth ditampilkan di gambar diawah ini,
Gambar 4.4 lembar kerja susunan diagram blok untuk aplikasi hear bate, Spo2 dan suhu tubuh mobile/android
Program aplikasi menerima data bpm, data sturasi oksigen dan data suhu di hp android yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini 4.4
Gambar 4.4 Hasil pengukuran via mobile android
4.3 Pengujian Kalibrasi
Pengujian kalibrasi menggunakan alat ukur yang ada dengan smartwatch merk SKMEI, berdasarkan perhitungan oximeter menggunakan smartwatch (jam pintar) seperti contoh gambar 4.5
Gambar 4.5 Perbandingan hasil kalibrasi menggunakan smartwatch diri
Gambar 4.6 Kalibrasi menggunakan thermometer digital, test pengukuran suhu diri sendiri.
Hasil data yang didapat kemudian dihitung selisih dan nilai akurasinya seperti pada Tabel.
Jenis Pengukuran HR
(BPM) SPO2
(%)
TemperatureSuhu
(°C) Kondisi
Keterangan
Protoype MAX30102 34 93
35,8
Baik
Proses kalkulasi tergantung posisi jari SMARTWATCH/ALAT
SUHU KOMERSIAL 73 97 34,4 Baik
Gambar 4.7 Pengujian prototype MAX30102 dilakukan oleh user sendiri, Untuk hasil sensitif pengujian Prototypemenggunakan jari kelingking karena jari kelingking urat darah nadi langsung ke jantung supaya nilai yang diperoleh hasi yang maksimal walaupun nilai keluaran delay ± 5 Menit untuk memperoleh rata- rata nilai akurasi 98,99%. Perubahan nilai SpO2, nilai BPM dan Suhu pada
masing masing alat dipengaruhi oleh jari, misal jari jempol dan kelingking ada perbedaan nilai dipengaruhi peredaran darah pada jari dan kulit. Sehingga saat subjek melakukan pergerakan (pada jari yang diukur) maka, nilai dari kedua sensor tersebut akan berubah. Namun, perubahan pada alatprototypeMAX30102 cenderung lebih lambat/delay sehingga nilai keluarannya agak lama.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari proses perancangan dan pengujian pada alat, dapat diambil kesimpulan, yaitu antara lain.
1. Dapat membuat alat sistem yang mendeteksi denyut jantung, saturasi oksigen, dan Suhu secara otomatis menggunakan sensor oximeter dan dapat diakses dengan bluetoth.
2. Pengukuran detak jantung pada metode alat prototype dan smartwatch yang dibandingkan dengan referensi alat komersial dan pengukuran manual memiliki rata-rata keseluruhan error diatas nilai yang dapat ditoleransi pada 5%. Pada pengukuran saturasi oksigen memiliki rata-rata keseluruhan error dibawah 5%
yaitu 2.6% sehingga masih dapat ditoleransi.
5.2 Saran
Untuk pengembangan lebih lanjut penulis melanjutkan dan menyempurnakan alat ukur detak jantung dan saturasi oksigen ini, penulis memberikan saran antara lain.
1. Perlunya mendesain tempat sensor atauclipyang baik agar saat pengukuran hasil pembacaan akurat dan penambahanbuzzeroutput untuk mendeteksi suara beep denyut jantung dan beep suhu.
2. Diperlukan perhitungan yang tepat pada denyut jantung, saturasi oksigen dan Suhu agar memperoleh hasil yang baik.
3. Diperlukan tambahan backend web via browser internet IOT, supaya bisa melihat denyut jantung, oksigen dalam darah dan suhu secara real time bisa dipantau browser via internet sebagai tambahan sarana alat kesehatan pasien rumah sakit.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Hisyam, RANCANG BANGUN SISTEM PEMANTAUAN SUHU TUBUH, DETAK
JANTUNG DAN SATURASI OKSIGEN PASIEN COVID MENGGUNAKAN ALGORITMA FUZZY BERBASIS INTERNET OF THINGS (IoT), Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2022.
[2] M. D. a. R. Ramanathan, "“Pulse oximetry for continuous oxygen monitoring in sick," pp. vol.
109, no. 6, pp. 1052–1056, 1986., 2019.
[3] P. O. D. U. M. A. D. a. dsPIC®,
"http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00001525b.pdf," March 2013-2015.
[Online]. Available: http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00001525b.pdf.
[4] R. Strogonovs, “Implementing pulse oximeter using MAX30100", Available:
https://morf.lv/implementing-pulse-oximeter-usingmax30100, 2019.
[5] S. Erna Suciani, "Desain Alat Ukur Denyut Jantung Dan Saturasi Oksigen Menggunakan Satu Sensor.," Universitas Pendidikan Indonesia, Bandung, 2020.
[6] S. M. Dr.Vianyta Nathanielle Benedict, PORTABLE PULSE OXIMETER, Surabaya:
FAKULTAS TEKNOLOGI DAN INFORMATIKA INSTITUT INFORMATIKA INDONESIA, 2021.
[10] S. Electronic, "Pulse Oximeter SpO2 and Heart-Rate Sensor Module - I2C - MAX30100,"
https://www.sunrom.com/p/pulse-oximeter-spo2-and-heart-rate-sensor-module-i2cmax30100. , 2017.
[11] Tanda.G, "Skin temperature measurements,"infrared thermography,pp. 103-113, 2016.
[12] Zulkifli Ahmad a, "An effect of physical exercise-induced fatigue on the vital sign parameters,"
A preliminary study,pp.
https://www.researchgate.net/publication/332442325_An_effect_of_physical_exercise- induced_fatigue_on_the_vital_sign_parameters_A_preliminary_study, 2019.
