BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka Sekarang ini otomasi tidak hanya dilakukan untuk keperluan industri semata melainkan sudah dimanfaatkan untuk keperluan lain seperti medis. Dalam dunia medis peran pengukuran suhu, denyut nadi dan saturasi tentu sangatlah penting karena merupakan beberapa hal yang harus diperiksa sebagai diagnosa awal tenaga medis terhadap pasien. Silviya (2000) membuat sebuah Alat Ukur Untuk Tekanan Darah, Denyut Jantung dan Suhu Tubuh Berbasis Mikrokontroler AT89C51. Pengukuran denyut jantung yang dilakukan dalam penelitian ini memanfaatkan sebuah sensor lm35 sensor Piezoelectric. Sensor Piezoelectric adalah gabungan dari 2 buah sensor yaitu sensor tekanan dan sensor nadi. Sensor tekanan digunakan untuk mengukur perubahan tekanan yang terjadi saat pompa udara mengalirkan udara ke handband yang akan menekan pembuluh darah pada lengan. Pada keadaan ini sensor dapat untuk menentukan tekanan diastolik dan tekanan sistolik yang digunakan sebagai input untuk pengukuran tekanan darah. Sensor nadi bekerja saat udara secara berkala dikeluarkan dari handband. Sensor nadi akan mendeteksi bunyi lup dup pada jantung dimulai saat udara pertama kali dikeluarkan dari handband hingga udaranya habis. Sensor nadi akan menghitung jumlah bunyi lup dup setiap satu menit. Sensor lm 35 akan mendeteksi suhu tubuh dengan penguatan sebanyak 2 kali. Andrey Arantra Putra (2006) membuat sebuah Rancang Bangun Pulse Oximeter Dengan Mikrokontroler ATMega 8535. Oximeter dirancang dengan menggunakan metode saturasi linier (menggunakan perbandingan HbO2 dengan total jumlah Hb arteri yang tersedia untuk melepas oksigen). Sensor yang digunakan dalam pembuatan alat ini adalah SpO2. Sensor ini adalah Sebuah LED merah dan Infra merah yang dipancarkan secara bergantian melalui jari tangan dan diterima oleh sebuah photodioda. Hasil dari sensor akan diolah ke dengan rangkaian amplifier untuk
menghasilkan nilai dari R yang kemudian digunakan untuk menentukan kadar oksigen dalam darah. Guruh Haryanto (2011) membuat sebuah Rancang Bangun Oksimeter Digital Berbasis Mikrokontroler ATMega16. Oximeter dibuat dengan memisahkan hasil dari pembacaan sensor setelah dikuatkan menjadi 2 bagian yaitu sample dan hold. Sample merupakan pembacaan dari sinyal DC sedangkan hold adalah pembacaan dari sinyal AC. Kedua keluaran dari rangkaian sample dan hold ini akan di jadikan inputan adc mikrokontroler untuk melakukan perhitungan berdasarkan rumus saturasi oksigen untuk mencari rasio kadar oksigen (R). Gözde Ateş (2011) membuat sebuah Alat Ukur Kadar Oksigen Berdasarkan Fuzzy Logic. Sensor yang digunakan dalam alat ini adalah SpO2. Hasil dari pembacaan sensor akan dikuatkan dengan rangkaian amplifiers dan kemudian dibandingan dengan sebuah tabel fuzzy logic. Mikrokomputer bertugas untuk melakukan perbandingan antara hasil pengukuran sensor dengan data dari tabel fuzzy logic yang telah diinputkan. Berdasarkan perbandingan antara tabel dan keluaran sensor ini akan didapatkan hasil pengukuran kadar oksigen dalam darah. Karena menggunakan tabel fuzzy logic hasil dari pengukuran dengan alat ini lebih akurat dan lebih terstandarisasi. Peneliti Penelitian Yang Silviya (2000)
Andrey Arantra
Parameter Pembeda Komponen Metode Kinerja
Dilakukan Alat Ukur Untuk
Utama AT89C51, LM35,
Sistem Menggunakan
Tekanan Darah,
Sensor Tekanan,
buzzer sebagai
Denyut Jantung
Sensor Nadi,
penanda denyut
dan Suhu Tubuh
Buzzer
jantung dan
Berbasis
metode lup dup
Mikrokontroler
untuk
AT89C51
memperoleh
Rancang Bangun
ATMega 8535,
denyut jantung Menggunakan
Putra (2006)
Pulse Oximeter
Sensor SpO2
sensor SpO2 dan
Dengan
metode saturasi
Mikrokontroler
linier.
Guruh Haryanto
ATMega 8535 Rancang Bangun
ATMega 16,
Menggunakan
dkk
Oksimeter
Rangkaian
sensor SpO2 dan
Digital Berbasis
cascade,
membagi hasil
Mikrokontroler
rangkaian sample
pembacaan
ATMega16
dan hold.
sensor ke AC dan
Gözde Ateş
Alat Ukur Kadar
ATMega 8535,
DC Menggunakan
(2011)
Oksigen
Sensor SpO2
metode fuzzy
Berdasarkan
logic untuk
Fuzzy Logic
mendapatkan
Indra Wijaya
Alat Ukur 3
Arduino Nano,
nilai saturasi Menggunakan
(2015)
Tanda Vital
Sensor SpO2,
sensor SpO2 yang
Dengan
Bluetooth,
digabungakan
Bluetooth
Thermistor
dengan thermistor untuk deteksi kondisi vital
B. Dasar Teori a. Haemoglobin Haemoglobin manusia memiliki berat molekul 64.585 dalton dan berisi dua pasang rantai polipeptida. Ikatan α memiliki 141 residu asam amino dan ikatan β memiliki 146. Setiap ikatan polipeptida dikombinasikan dengan satu haem group. Setiap kelompok haem memiliki satu atom besi dan mampu menggabungkan reversibel dengan satu molekul oksigen dan namun selalu berada dalam keadaan kurang stabil. Dikatakan haemoglobin terdiri dari empat rantai polipeptida yang membentuk ikatan molekul tiga dimensi yang sangat kompleks. Urutan
dan posisi asam amino dalam kelompok haem sudah ditelaah. 1 kelompok haem yang melekat pada rantai melalui residu histidin oleh ikatan lemah dan diposisikan di celah-celah di rantai. Struktur kuarterner dari empat rantai tampaknya membentuk sebuah bola kusut, tetapi bentuk ini adalah bentuk yang sebenarnya sangat penting untuk pulse oximeter. Ini tidak hanya mengontrol reaksi dengan oksigen, tetapi mengubah dalam bentuk struktur kuarterner dengan tingkat oksigenasi mengubah spektrum penyerapan optik secara proporsional. Ini adalah dasar dari penyerapan oximeter optik. Haemoglobin tanpa oksigen akan menyerap gelombang cahaya dengan panjang 600 nm (lampu led merah) dan haemoglobin dengan oksigen akan menyerap gelombang cahaya dengan panjang 940 nm (mendekati gelombang infra merah). Penentuan saturasi pada haemoglobin dapat ditentukan dengan melakukan perbandingan rasio cahaya yang diserap pada gelombang cahaya dengan panjang 600 nm dan 940 nm, dan rasio ini akan berhubungan dengan nilai saturasi oksigen. Untuk akurasi hukum Beer, pelarut harus transparan dan tidak boleh mengandung zat lain yang dapat menyerap cahaya.
Gambar 1. Grafik 4 tipe haemoglobin di gelombang cahaya merah dan inframerah
Diagram diatas menunjukkan koefisien 4 jenis haemoglobin diantara gelombang cahaya merah dan inframerah. Darah orang dewasa biasanya terdiri dari 4 jenis haemoglobin yaitu oksihaemoglobin (O2Hb), haemoglobin (Hb), methemoglobin (haemoglobin yang mengandung besi) dan karboksihaemoglobin (COHb). Methemoglobin dan karboksihaemoglobin hanya memiliki kadar yang rendah di dalam darah kecuali dalam keadaan patologis. Saturasi oksigen didefinisikan sebagai persen kandungan oksigen di dalam kapasitasnya. Berdasarkan definisi inilah jenis haemoglobin yang tidak mengandung oksigen tidak dianggap. Penggunaan dua buah gelombang cahaya dalam oximeter didasarkan oleh beberapa hal berikut ini : 1. Gelombang cahaya merah dan inframerah dapat menembus jaringan dan air yang ada di dalam jaringan sedangkan gelombang cahaya biru, hijau, kuning dan gelombang yang lebih panjang dari inframerah terserap oleh jaringan dan air. Light Emitting Diode (LED) dapat diandalkan sebagai pemancar gelombang cahaya merah dan inframerah. 2. Masing – masing probe pulse oximeter terdiri dari sebuah LED, yang memancarkan 2 gelombang cahaya (merah dan inframerah) melalui kulit vaskular. Probe dipasang di jari atau telinga pasien. Sebuah photodetektor di sisi lainnya akan mengukur intensitas cahaya yang dipancarkan oleh masing – masing gelombang cahaya dan akan didapatkan nilai saturasi oksigen. 3. Cahaya merah dan inframerah dipancarkan melalui jaringan dan dihitung berdasarkan jari atau telinga sebagai sumber haemoglobinnya. Mikroprosesor akan menentukan penyerapan sebagian pulse dalam darah arteri (AC), dari penyerapan konstan oleh non pulse darah vena dan kapiler dan jaringan pigmen lain (DC) demikian dapat menghilangkan efek penyerapan jaringan lain saat mengukur saturasi oksigen darah arteri.
Gambar 2. Menunjukan bahwa pulse AC dan DC dari penyerapan cahaya dapat di pisahkan
Pulse oximeter tergantung pada analisis spektrum untuk mengukur kadar saturasi oksigen yang di deteksi dan solusi kuantifikasi komponen berdasarkan karakteristik penyerapan cahaya. Pulse oximeter menggabungkan 2 teknologi yaitu spectrophotometry (yang melakukan pengukuran kadar saturasi haemoglobin) dan optical plethysmography (yang melakukan pengukuran perubahan pulse di dalam volume darah arteri di sekitar sensor). Pengukuran saturasi oksigen di dalam haemoglobin dengan spectrophotometry di dasari oleh hukum BeerLambert, yang berkaitan dengan konsentrasi zat terlarut berdasarkan intensitas cahaya yang dipancarkan melalui larutan. Untuk melakukan estimasi konsentrasi penyerapan cahaya dalam zat terlarut dapat dilakukan dengan mengukur intensitas cahaya yang dipancarkan melalui larutan tersebut akan tetapi kita harus mengetahui salah satu dari panjang gelombang cahaya, arah pancaran cahaya, dan penyerapan zat pada gelombang cahaya tertentu. Penyerapan tiap panjang gelombang tergantung pada konsentrasi zat terlarut (haemoglobin dengan oksigen dan tanpa oksigen) yang dideteksi dengan memancarkan gelombang cahaya dengan spesifik melewati larutan dan menghitung intensitas di sisi lainnya. Dengan menggunakan hukum Beer konsentrasi zat terlarut di dalam pelarut ditentukan oleh jumlah cahaya dari gelombang cahaya spesifik yang diserap oleh zat terlarut. Untuk mengukur saturasi oksigen, konsentrasi relatif haemoglobin dengan oksigen dan haemoglobin tanpa oksigen harus diketahui dan dua buah gelombang cahaya yang digunakan
harus sedemikian rupa agar salah satu dari gelombang tersebut dapat diserap. b. Pembuluh Arteri Pembuluh nadi (arteri) adalah pembuluh darah yang berotot dan membawa darah ke seluruh tubuh. Dinding pembuluh nadi tersusun dari tiga lapisan, yakni lapisan luar yang bersifat elastis, lapisan tengah yang berupa sel-sel otot polos, dan lapisan dalam yang disusun oleh selapis sel berdinding tipis. Pembuluh nadi memiliki dinding tebal, kuat, dan elastis, yang membantu tenaga pemompaan jantung untuk menyalurkan darah ke seluruh tubuh. Pemompaan oleh jantung menyebabkan darah didorong untuk mengalir. Hal itu memberi tekanan di sepanjang dinding pembuluh yang dilaluinya dan menimbulkan denyutan. maka terjadi, darah akan memancar keluar apabila pembuluh nadi terluka. Pada Umumnya, pembuluh nadi berada di bagian dalam tubuh. Pembuluh nadi yang paling besar disebut aorta. Pembuluh ini berpangkal pada bilik kiri jantung dan bertugas membawa darah yang mengandung banyak oksigen (darah bersih) ke seluruh tubuh. Pembuluh ini memiliki sebuah katup yang terletak tepat di luar jantung. Selanjutnya, aorta bercabang dua, satu cabang menuju ke kepala dan satu cabang lagi menuju ke tubuh bagian bawah. Kedua pembuluh nadi (arteri). yang keluar dari jantung tersebut kemudian bercabang-cabang lagi menjadi pembuluh nadi yang lebih kecil. Pembuluh nadi yang paling kecil, disebut arteriol. Arteriol berukuran lebih tipis dari satu sisir rambut. Arteriol ini bercabang-cabang lagi menjadi pembuluh kapiler. Arteri membawa darah dari jantung dan disebarkan ke berbagai jaringan tubuh melalui cabang-cabangnya. Arteri yang terkecil, diameternya kurang dari 0,1 mm. Persatuan cabang-cabang arteri dinamakan anastomosis. Sistem sirkulasi sangat penting dalam mempertahankan hidup. Fungsi utamanya adalah menghantarkan oksigen dan nutrisi ke semua sel, serta mengangkut zat buangan seperi karbon dioksida. Pada negara
berkembang, dua kejadian kematian utama disebabkan oleh infark miokardium dan stroke pada sistem pembuluh nadi, misalnya arterosklerosis. Sistem pembuluh nadi memiliki bagian tekanan yang tinggi pada sistem sirkulasi. Tekanan darah biasanya menunjukkan tekanan pada pembuluh nadi utama. Tekanan pada saat jantung mengembang dan darah masuk ke jantung disebut diastol. Tekanan sistol berarti tekanan darah saat jantung berkontraksi dan daeah keluar jantung. Tekanan darah ini dapat dikur dengan tensimeter atau sfigmomanometer. Lapisan terluar disebut tunika adventitia yang tersusun dari jaringan penyambung. Di lapisan selanjutnya terdapat tunika media yang tersusun atas otot polos dan jaringan elastis. Lapisan terdalam adalah tunika intima yang tersusun atas sel endothelial. Darah mengalir di dalam pada lumen. c. Oximeter Pulse oximeter berfungsi mengamati saturasi oksigen darah. Hal ini dilakukan untuk menjamin kadar oksigen cukup pada pembuluh. Biasanya dipakai pada pasien yang mengalami under anesthesia, neonates (bayi baru lahir yang berusia di bawah 28 hari (Stoll, 2007), pasien yang mengalami kondisi buruk (critically). Alat ini menampilkan frekuensi denyut jantung dan saturasi oksigen, parameter yang menjadi andalan dan sangat berguna untuk mengetahui kondisi pasien saat pemeriksaan. Oximeter termasuk alat medis non invasive dan portabel. Sensor pulse oximeter menggunakan cahaya dalam analisis spektral untuk pengukuran saturasi oksigen, yaitu deteksi dan kuantifikasi komponen (haemoglobin) dalam larutan. Saturasi oksigen adalah persentase total haemoglobin yang membawa atau mengandung oksigen. Probe umumnya ditempatkan jari atau daun telinga. Sebuah fotodetektor pada sisi lain mengukur intensitas cahaya yang berasal dari transmisi sumber cahaya yang menembus jari. Transmisi cahaya melalui arteri
adalah denyutan yang diakibatkan pemompaan darah oleh jantung (Hill et al, 2006) Pulse oximeter dengan metode spectrophotometry bergantung pada perubahan warna dan lebih akurat, pada penyerapan energi elektromagnetik dengan perubahan persentase oksigen yang terikat pada molekul haemoglobin.
Gambar 3. Grafik penyerapan oksigen oleh haemoglobin
Poin isobestic adalah panjang gelombang di mana nilai-nilai ε dua zat, dalam kasus ini oksigen dan hemoglobin terdeoksigenasi, salah satunya dapat dikonversi ke yang lain, adalah sama. Harus diingat bahwa hukum Beer-Lambert digunakan hanya untuk radiasi monokromatik melalui media homogen dan isotropik (satu di mana indeks bias adalah sama di semua arah) dengan hamburan diabaikan, di mana tidak ada asosiasi atau disosiasi yang menyerap molekul. Harus ada penyerap tunggal, tidak ada reaksi antara penyerap dan pelarut, dan tidak ada kemungkinan terjadi reaksi fotokimia. Satu-satunya kesempatan ketika sesuai dengan hemoglobin dengan hukum Beer-Lambert dapat diasumsikan untuk murni larutan hemoglobin. Darah adalah cairan non
homogen yang mampu diserap oleh cahaya non-linear, misalnya saat pergantian konsentrasi Pulse oximeter bekerja dengan membandingkan energi penyerapan dari dua buah gelombang cahaya (600 nm dan 940 nm) yang melalui extrimitas. Nilai dari SpO2 diperkirakan sama dengan saturasi oksigen pada arteri, SaO2 yang didapatkan dari rasio energi penyerapan 2 buah gelombang. Batas dari gelombang yang dapat digunakan untuk metode spectrophotometry berada diantara 600 nm dan 1300 nm. Saat glombang kurang dari 600 nm pigmen merah dalam kulit (melanin) akan menyebabkan penyerapan tingkat tinggi, sedangkan gelombang yang lebih dari 1300 nm akan menyerap dengan kuat dikarenakan kandungan air di dalam jaringan. Sumber gelombang cahaya (LED) ditempatkan di dekat permukaan kulit. Energi cahaya yang dilepaskan akan dideteksi dengan detektor semikondutor yang ditempatkan tegak lurus dengan LED. Beberapa pulse oximeter termasuk untuk yang digunakan untuk janin, mengandalkan sinyal yang dipantulkan untuk itu lah detektor dipasang berdekatan dengan LED nya. Interaksi antara energi cahaya dan kulit, jaringan lain dan darah sangatlah kompleks. Energi sebagian dipantulkan kembali, dikirim kembali secara menyebar, dibiaskan, dan diserap. Tanpa interaksi yang kompleks antara energi cahaya dan jaringan baik dalam pengiriman maupun pembiasan pulse oximeter tidak dapat bekerja, kecuali melalui telinga. Ini dikarenakan penyebaran dan pembiasan dengan jelas dibutuhkan untuk memantulkan pulse oximeter, dan difraksi diperlukan agar pulse oximeter dapat melewati tulang saat ditransmisikan. Ada banyak struktur, entitas atau senyawa kimia dalam jaringan ekstremitas yang pulse oximeter diterapkan saat menyerap pada panjang gelombang yang sama di hemoglobin darah arteri. Namun, karena denyut jantung, penyerapan cahaya karena hemoglobin dalam arteri dan arteriol meningkat selama sistol dan menurun selama diastole. Dalam prakteknya, penyerapan cahaya melalui jari bervariasi sekitar 1-2% dari total
penyerapan. Hal ini tidak sepenuhnya karena peningkatan diameter arteri dan arteriol selama sistol: jika itu, maka variasi dalam penyerapan selama siklus jantung akan sangat banyak kurang. Sebuah pulse oximeter akan bekerja dengan lebih baik ketika probe ditempatkan pada kaku, tabung transparan melalui darah yang dilewati oleh pulsatile yang mengalir. Sebuah photoplethysmogram dari sistem tersebut akan menunjukkan pulsatile tersebut. Pemeriksaan mekanika fluida darah menunjukkan bahwa sumbu perubahan eritrosit selama siklus jantung. Selama diastole eritrosit cenderung untuk menyelaraskan paralel berdiameter besar ke arah aliran, sedangkan selama sistol diameter utama eritrosit tegak lurus aliran, sehingga menghadirkan penyerapan lebih besar jalan. Perubahan sumbu eritrosit juga memberikan kontribusi untuk perubahan reflektansi selama siklus jantung, yang penting dalam modus refleksi pulse oximeter. Teori ini juga didukung oleh konduktansi listrik dalam gerakan darah, yang berubah (melakukan reflektansi optik dan transmisi) dengan perubahan kecepatan aliran darah. Ada banyak studi tentang akurasi dan presisi dari berbagai jenis pulse oximeter. Metode yang digunakan untuk menggambarkan akurasi berbeda dalam setiap studi, membuat ringkasan keseluruhan dari akurasi pulse oximeter susah dilakukan. Ada perbedaan kinerja antara berbagai merek oksimeter, yang mungkin dikarenakan perbedaan dalam perangkat lunak pengolah sinyal dan kurva kalibrasi. Kebanyakan produsen mengklaim batas toleransi dalam setiap diberikan membaca oksimeter sekitar 4% untuk pembacaan di atas 70%. Lainnya telah ditingkatkan akurasi pulse oximeter nya menjadi 2% di atas 70%. Selama periode desaturasi di bawah 70% pantulan dan presisi yang jauh lebih besar, menjadi sangat bervariasi antara merek, mungkin karena terbatasnya jumlah kalibrasi data untuk saturasi rendah. Pulse oximeter tertentu telah ditunjukkan untuk beroperasi di bawah beberapa kondisi yang cukup buruk. Carter et al mempelajari kinerja pulse oximeter dengan 46 bayi
yang baru lahir dan bayi pada periode pasca operasi jantung. Pasien-pasien ini memiliki suhu kulit mulai (27,0-37,4)°C dan perbedaan suhu antara bagian dalam dan permukaan kulit berkisar (0,1-10,1)°C. Gangguan besar dalam suhu tubuh inilah yang akan mempengaruhi fungsi pulse oximeter karena perubahan di perifer perfusi, tetapi setelah dilakukan penelitian ditemukan bahwa kinerja pulse oximeter akurat serta dapat diterima dan tidak berkorelasi dengan suhu antara bagian dalam dan permukaan kulit. Nilai normal untuk pulse oximeter pada umumnya diasumsikan bernilai sama dengan nilai normal untuk saturasi oksigen di dalam arteri. Pulse oximeter memiliki beberapa batasan diantaranya efek dari cahaya, pigmen kulit, dishaemoglobin, perfusi perifer, dan gerak haemoglobin. Beberapa hal tadi akan mempengaruhi pembiasan, presisi dan kegunaan dari instrument dalam pembacaannya. Cahaya dapat menganggu kinerja pulse oximeter, tetapi masalah ini dapat diatasi dengan membungkus sensor dengan material yang kedap cahaya. Pigmen kulit juga akan mempengaruhi kinerja dari pulse oximeter. Hal ini terjadi dikarenakan semakin gelap pigmen kulit akan semakin buruk pula kinerja pulse oximeter. Hal ini dapat diatasi dengan pengkalibrasiannya, data pembanding yang dilakukan untuk proses kalibrasi sebaiknya menggunakan data untuk warna pigmen kulit yang mendekati warna pigmen kulit pasien yang akan di uji. Dishaemoglobin juga ikut mempengaruhi pembacaan pulse oximeter, karena pulse oximeter tidak dapat membedakan antara oksihaemoglobin (O2Hb) dan haemoglobin yang tidak dapat mengikat dan membawa oksigen seperti methemoglobin (haemoglobin yang mengandung besi) dan karboksihaemoglobin (COHb). Dishaemoglobin akan terlihat jelas saat terjadi perbedaan yang besar antara nilai saturasi fungsional dan nilai saturasi fraksional. Saturasi fungsional hanya menghitung haemoglobin yang dapat membawa oksigen. Dengan adanya dishaemoglobin akan memungkinkan terjadinya reduksi yang besar di dalam kapasitas darah dalam membawa oksigen dengan saturasi pada umumnya. Ini tidak akan memadai untuk membawa oksigen
untuk saturasi normal sehingga pembacaan fungsi saturasi dapat mengalami kesalahan. d. Arduino Nano Arduino Nano adalah papan pengembangan (development board) mikrokontroler yang berbasis chip ATmega328P dengan bentuk yang sangat mungil. Secara fungsi tidak ada bedanya dengan Arduino Uno. Perbedaan utama terletak pada ketiadaan jack power DC dan penggunaan konektor Mini-B USB. Disebut sebagai papan pengembangan karena board ini memang berfungsi sebagai arena prototyping sirkuit mikrokontroller. Dengan menggunakan papan pengembangan, anda akan lebih mudah merangkai rangkaian elektronika mikrokontroller dibanding jika anda memulai merakit ATMega328 dari awal di breadboard.
Gambar 4. Arduino nano
-
Spesifikasi Chip mikrokontroller Tegangan operasi Tegangan input (yang direkomendasikan) Digital I/O pin Analog Input pin Arus DC per pin I/O Memori Flash
ATmega328P 5V 7V - 12V 14 buah, 6 diantaranya menyediakan PWM 6 buah 40 mA 32 KB, 0.5 KB telah digunakan untuk bootloader
SRAM EEPROM Clock speed Dimensi
2 KB 1 KB 16 Mhz 45 mm x 18 mm
Tabel 1. Spesifikasi arduino nano
-
Pemrograman Pemrograman board Arduino Nano dilakukan dengan menggunakan Arduino Software (IDE). Chip ATmega328 yang terdapat pada Arduino Nano telah diisi program awal yang sering disebut bootloader. Bootloader tersebut yang bertugas untuk memudahkan anda melakukan pemrograman lebih sederhana menggunakan Arduino Software, tanpa harus menggunakan tambahan hardware lain. Cukup hubungkan Arduino dengan kabel USB ke PC, Mac, atau Linux anda, jalankan software Arduino Software (IDE), dan anda sudah bisa mulai memrogram chip ATmega328. Lebih mudah lagi, di dalam Arduino Software sudah diberikan banyak contoh program yang memanjakan anda dalam belajar mikrokontroller
-
Power Supply Development Board Arduino Nano dapat diberi tenaga dengan power yang diperoleh dari koneksi kabel Mini-B USB, atau via power supply eksternal. External power supply dapat dihubungkan langsung ke pin 30 atau Vin(unregulated 6V - 20V), atau ke pin 27 (regulated 5V). Sumber tenaga akan otomatis dipilih mana yang lebih tinggi tegangan
-
Memori Chip ATmega328 pada Arduino Nano memiliki memori 32 KB, dengan 0.5 KB dari memori tersebut telah digunakan untuk bootloader. Jumlah SRAM 2 KB, dan EEPROM 1 KB, yang dapat di baca-tulis dengan menggunakan EEPROM library saat melakukan pemrograman.
-
Input dan Output
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, Arduino Nano memiliki 14 buah digital pin yang dapat digunakan sebagai input atau output, sengan menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Pin-pin tersebut bekerja pada tegangan 5V, dan setiap pin dapat menyediakan atau menerima arus 20mA, dan memiliki tahanan pull-up sekitar 20-50k ohm (secara default dalam posisi discconnect). Nilai maximum adalah 40mA, yang sebisa mungkin dihindari untuk menghindari kerusakan chip mikrokontroller. Arduino Nano memiliki 8 buah input analog, yang diberi tanda dengan A0 hingga A7. Masingmasing pin analog tersebut memiliki resolusi 1024 bits (jadi bisa memiliki 1024 nilai). Secara default, pin-pin tersebut diukur dari ground ke 5V, namun bisa juga menggunakan pin REF dengan menggunakan fungsi analogReference(). -
Komunikasi Arduino Nano memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, dengan Arduino lain, atau dengan mikrokontroler lainnya. ATmega168 dan ATmega328 menyediakan komunikasi serial UART TTL (5 Volt), yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan pin 1 (TX). Sebuah chip FTDI FT232RL yang terdapat pada papan Arduino Nano digunakan sebagai media komunikasi serial melalui USB dan driver FTDI (tersedia pada software Arduino IDE) yang akan menyediakan COM Port Virtual (pada Device komputer) untuk berkomunikasi dengan perangkat lunak pada komputer. Perangkat lunak Arduino termasuk didalamnya serial monitor memungkinkan data tekstual sederhana dikirim ke dan dari papan Arduino. LED RX dan TX yang tersedia pada papan akan berkedip ketika data sedang dikirim atau diterima melalui chip FTDI dan koneksi USB yang terhubung melalui USB komputer (tetapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1).
e. Sensor SpO2 SpO2 singkatan saturasi oksigen kapiler perifer, perkiraan jumlah oksigen dalam darah. Lebih khusus lagi, adalah persentase oksigen haemoglobin (Hb mengandung oksigen) dibandingkan dengan jumlah total haemoglobin dalam darah ( oksigen dan non-oksigen hemoglobin). SpO2 adalah perkiraan saturasi oksigen pada arteri, atau SaO2, yang mengacu pada jumlah oksigen haemoglobin dalam darah. Haemoglobin adalah protein yang membawa oksigen dalam darah. Hal ini ditemukan dalam sel-sel darah merah dan memberi warna merah. Sensor SpO2 pada dasarnya adalah sebuah sensor cahaya. Sensor cahaya terdiri dari 2 buah gelombang cahaya dan 1 buah receiver (photodiode). 2 buah sumber gelombang cahaya diatur sedemikian rupa agar dapat menyala secara bergantian. Hasil dari pembacaan tadi akan diolah di mikrokontroler untuk mendapat hasil saturasi oksigen.
Gambar 5. Sensor SpO2
f. Rangkaian High Pass Filter Filter high-pass atau sering juga disebut dengan filter lolos atas adalah suatu rangkaian yang akan melewatkan suatu isyarat yang berada diatas frekuensi cut-off (ωc) sampai frekuensi cut-off (ωc) rangkaian tersebut dan akan menahan isyarat yang berfrekuensi
dibawah frekuensi cut-off (ωc) rangkaian tersebut. High pass filter yang paling simple terdiri dari kapasitor yang terhubung secara pararel dengan resistor, dimana resistansi dikali dengan kapasitor (RXC) adalah time constant (τ). Prinsip kerja dari filter high pass atau filter lolos atas adalah dengan memanfaatkan karakteristik dasar komponen C dan R, dimana C akan mudah melewatkan sinyal AC sesuai dengan nilai reaktansi kapasitifnya dan komponen R yang lebih mudah melewatkan sinyal dengan frekuensi yang rendah. Prinsip kerja rangkaian filter lolos atas atau high pass filter (HPF) dengan RC dapat diuraikan sebagai berikut, apabila rangkaian filter high pass ini diberikan sinyal input dengan frekuensi diatas frekuensi cut-off (ωc) maka sinyal tersebut akan di lewatkan ke output rangkaian melalui komponen C. Kemudian pada saat sinyal input yang diberikan ke rangkaian filter lolos atas atau high pass filter memiliki frekuensi di bawah frekuensi cut-off (ωc) maka sinyal input tersebut akan dilemahkan dengan cara dibuang ke ground melalui komponen R. Frekuensi resonansi dari filter high-pass mengikuti nilai time constant (τ) dari rangkaian RC tersebut. T=R.C Sehingga frekuensi cut-off dari filter tersebut adalah :
f c=
1 2 πRC Penguatan pada passband HPF adalah AV = VO / Vi atau RF ditentukan : RF = ( AF - 1) R1 Vout Gain : Vin
Gain (dB)
: AV = 20 log Vo/V
g. Thermistor Thermistor adalah komponen elektronika yang sensitif terhadap perubahan temperatur, seperti sebuah resistor tetapi nilai tahanannya
dapat berubah mengikuti perubahan temperatur/suhu. Materi yang digunakan dalam pembuatan sebuah thermistor umumnya keramik atau polimer. Thermistor dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis, tergantung pada koefisien (tanda k). Jika k adalah positif, resistansi/tahanan meningkat dengan meningkatnya suhu, dan thermistor jenis ini disebut koefisien suhu positif (PTC) thermistor, atau posisotor. Jika k negatif, resistansi menurun dengan meningkatnya suhu, thermistor jenis ini disebut koefisien suhu negatif (NTC) thermistor. -
Karakteristik o Resistansi tinggi 1 kΩ sampai 100 kΩ. o Respon waktu cepat, untuk thermistor manik ½ detik. o Lebih murah daripada RTD. o Sensitivitas sangat tinggi (1000 kali lebih sensitif daripada RTD. o Perubahan resistansi 10% per ºC. Misal resistansi nominal 10 kΩ maka resistansi akan berubah 1 kΩ utk setiap perubahan temperatur 1 ºC. o Tidak sensitif terhadap shock dan vibrasi. o Dilindungi capsul (plastik, teflon/material lembam). o Memperlambat waktu respon karena kontak termal kurang baik. o Daerah kerja NTC lebih luas. o Daerah kerja PTC lebih pendek dari NTC, karena PTC memiliki Tmin & Tmax, dan saat tertentu akan menjadi NTC.
Gambar 6. Komponen thermistor
h. Modul Bluetooth HC-05 HC-05 Adalah sebuah modul Bluetooth SPP ( Serial Port Protocol) yang mudah digunakan untuk komunikasi serial wireless ( nirkabel) yang mengkonversi port serial ke Bluetooth. HC-05 menggunakan modulasi bluetooth V2.0 + EDR ( Enchanced Data Rate) 3 Mbps dengan memanfaatkan gelombang radio berfrekuensi 2, 4 GHz. Modul ini dapat digunakan sebagai slave maupun master. HC05 memiliki 2 mode konfigurasi, yaitu AT mode dan Communication mode. AT mode berfungsi untuk melakukan pengaturan konfigurasi dari HC-05. Sedangkan Communication mode berfungsi untuk melakukan komunikasi bluetooth dengan piranti lain. Dalam penggunaannya, HC-05 dapat beroperasi tanpa menggunakan driver khusus. Untuk berkomunikasi antar Bluetooth, minimal harus memenuhi kondisi berikut : 1. Komunikasi harus antara master dan slave. 2. Password harus benar ( saat melakukan pairing). 3. Jarak sinyal dari HC-05 adalah 30 meter, dengan kondisi tanpa halangan.
Gambar 7. Modul bluetooth HC-05
-
Spesifikasi o Hardware : Sensitivitas -80dBm ( Typical) Daya transmit RF sampai dengan + 4dBm. Operasi daya rendah 1, 8V – 3, 6V I/ O. Kontrol PIO.
Antarmuka UART dengan baudrate yang dapat diprogram. Dengan antena terintegrasi. o Software : Default baudrate 9600, Data bit : 8 Stop bit = 1 Parity : No Parity Mendukung baudrate : 9600, 19200, 38400, 57600,
115200, 230400 dan 460800. Auto koneksi pada saat device dinyalakan ( default) . Auto reconnect pada menit ke 30 ketika hubungan putus karena range koneksi.
