BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1
Deskripsi Alat Rancang Bangun Prototipe Sterilisator Pada Instrumen Medis bekerja
ketika operator (user) menekan tombol switch untuk mengaktifkan sterilisator. Instrumen medis yang akan disterilkan dimasukkan kedalam sterilisator dan kemudian sterilisator akan bekerja dengan menaikkan temperatur suhu. Sistem tersebut akan terus berulang sesuai dengan perintah dari operator. Prototipe yang dibuat memiliki bentuk menyerupai sterilisator basah. Sensor digunakan untuk menaikkan suhu yakni LM35. Langkah-langkah pembuatan protitipe dilakukan berdasarkan urutan pada gambar 3.1.
Gambar 3.1. Langkah-langkah Pembuatan Prototipe
38
39
3.2.
Sistem Diagram Blok Gambar 3.2. adalah blok diagram pada Rancang Bangun Prototipe
Sterilisator Pada Instrumen Medis. Gambar 3.2. Catu Daya
Sensor Suhu LM35
Buzzer Mikrokontroler ATmega 8535
Display LCD
Driver Heater
Gambar 3.2. Blok diagram Rancang Bangun Prototipe Sterilisator Pada Instumen Medis
3.3.
Pelaksanaan Penelitian Pembuatan Prototipe Sterilisator Pada Instrumen Medis dilakukan dalam
beberapa tahapan. Tahap pertama ialah pembuatan hardware yang terdiri atas pembuatan mekanik sterilisator, pembuatan rangkaian kontrol. Pada tahap kedua dilakukan perancangan software yang terdiri atas penentuan port yang akan digunakan, program untuk mikrokontroler yang digunakan, pembuatan program serta tahap terakhir yakni pengujian alat. Rangkaian input dari protipe sterilisator pada instrument medis berupa sensor. Jenis sensor yang digunakan ialah sensor Suhu menggunakan LM35 beserta ADC. Rangkaian pemproses menggunakan mikrokontroler AVR ATmega 8535 serta rangkaian output menggunakan driver relay sebagai penggerak heater.
40
3.3.1. Pembuatan Hardware 3.3.1.1. Pembuatan Mekanik Sterilisator Pembuatan mekanik sterilisator menggunakan bahan dasar acrylic untuk body sterilisator. Acrylic tersebut dapat dibentuk sesuai dengan keinginan. Acrylic didesain dengan baik agar dapat bediri tegak dan kuat. Acrylic tersebut cukup ringan untuk menopang rangkaian serta menahan panas heater. Dimensi sterilisator terlampir pada lampiran 2. Desain Prototipe Sterilisator dapat dilihat pada gambar 3.3 dan gambar 3.4.
Gambar 3.3. Rancangan Stelisisator ( Tampak Depan)
Gambar 3.4. Rancangan Design Sterilisator ( Tampak Samping)
Pada gambar 3.3 dan 3.4 terlihat desain sterlisator serta posisi masing-masing rangkaian yang akan disusun sedemikian rupa. Posisi tombol perintah diletakkan didepan agar memudahkan operator ketika hendak digunakan. Untuk sensor pembaca suhu terletak di didalam body sterilisator, karena sensor berfungsi mendeteksi suhu. Sebagai
41
penerima masukan dari sensor yang bertugas ialah mikrokontroler dan pengendali driver untuk menggerakkan output. Pengujian
Prototipe
Sterilisator
Pada
Instrumen
Medis
dilakukan pada alat-alat medis yang dimasukkan kedalam sterilisator.
3.3.1.2. Pembuatan Elektrik Sterilisator Rangkaian elektrik yang digunakan pada prototipe sterilisator terdiri rangkaian input, rangkaian pemroses dan rangkaian output. Pada rangkaian input menggunakan sensor suhu yakni LM35. Rangkaian pemproses menggunakan sistem minimum mikrokontroler AVR ATmega 8535, sedangkan pada rangkaian output menggunakan sebagai driver motor (Heater). 3.3.1.2.1.
Rangkaian Sensor LM35
digunakan
karena
peneliti
ingin
mengkonversi tegangan yang linier terhadap suhu, oleh karena itu peneliti menggunakan LM35 dengan catu daya yang rendah sebesar +5V yang mempunyai kenaikan 10mV tiap suhu, karena peneliti ingin membuat alat dengan akurasi 1°C akan sebanding dengan 10mV. Dengan semakin tingginya temperatur maka tegangan keluaran akan naik, besar kenaikan tegangan pada LM 35 adalah 10 mV °C
dan
dapat
diperoleh
dengan
jalan
melakukan
pengukuran yang telah disesuaikan dengan memakai thermometer standar. Perbandingan antara suhu dan tegangan dijelaskan pada tabel 3.1 hal 42.
42
Tabel 3.1 Perbandungan suhu dan tegangan
Dengan diketahui harga tegangan LM 35 pada masingmasing suhu yang diukur, Adapun spesifikasi IC LM 35 adalah memiliki impedansi keluaran rendah, keluaran linier dan ketepatan kalibrasi yang memudahkan pengontrolan. Dengan jangkauan operasi suhu (-)55°C-(+)150°C. Pada perencanaan sensor suhu, catu daya yang digunakan sebesar +5V DC. Dengan jangkauan pengaturan suhu yang direncanakan adalah antara 0°C (suhu ruang) - 121°C, sehingga keluaran sensor dalam 0mV sampai 1210mV. Keluaran dari sensor suhu selanjutnya dikonversi oleh ADC yang berada didalam mikrokontroler, rangkaian sensor suhu LM 35 dan grafik karakteristik pada IC LM 35 ditunjukkan pada gambar 3.5.
(a) Rangkaian sensor suhu LM35 (b) Grafik Karakteristik IC LM35 Gambar 3.5. (a) Rangkaian Sensor LM 35 (b) Grafik Karakteristik IC LM35
43
3.3.1.2.2.
Rangkaian Setting Dalam rangkaian setting menggunakan switch push button (normally open), sebagai tombol untuk menaikkan waktu settingan (Up) dan tombol untuk menurunkan waktu settingan (Down), untuk melihat suhu atau waktu pada display (Pemilihan), dan tombol untuk menjalankan pesawat (START). Pada rangkaian setting dihubungkan tombol push button dengan hambatan sebesar 1kΩ yang telah diberi tegangan sebesar +5V DC dan dihubungkan pula ke mikrokontroler, sedangkan kaki tombol push button yang lainnya dihubungkan ke ground, rangkaian (gambar 3.6). Sehingga apabila tombol setting ditekan maka akan memberikan tegangan low yang kemudian akan dibaca sebagai logika 0 oleh mikrokontroler. Gambar 3.6 menjelaskan rangkaian pemilihan suhu dan waktu.
Gambar 3.6. Rangkaian pemilihan suhu dan waktu
3.3.1.2.3.
Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler Rangkaian
pemproses
yang
digunakan
untuk
Rancang Bangun Prototipe Strerilisator Pada Instrumen Medis adalah sistem minimum mikrokontroler AVR ATmega 8535 yang
berfungsi
untuk
menerima
data,
mengolah
serta
mengeluarkan data. Karena mikrokontroler adalah pusat pengolah data dan pusat pengendali antara rangkaian satu
44
dengan
rangkaian
lainnya,
maka
Mikrokontroler
juga
memerlukan satu rangkaian sebagai perangkat pendukungnya. Mikrokontroler merupakan suatu chip mini komputer. Maka, Mikrokontroler memerlukan sebuah perangkat untuk mendownload program dari komputer ke Mikrokontroler. Pada rangkaian sistem minimum AVR yang terdiri atas rangkaian penurun tegangan untuk men-supply tegangan Mikrokontroler menggunakan tegangan 5 Volt DC. Pada Mikrokontroler juga terdapat tombol push ON untuk me-reset Mikrokontroler, XTAL untuk mengatur clock Mikrokontroler, kapasitor untuk menstabilkan
tegangan,
dan
DB
25
sebagai perangkat
penghubung antara Mikrokontroler dengan komputer. Gambar 3.7. merupakan gambar rangkaian sistem minimum AVR untuk ATmega 8535.
12.000000MH Z 33 33 pf pf
Gambar 3.7. Rangkaian Sistem Minimum ATmega 8535 Dalam melakukan pemprograman, harus menentukan port terlebih dahulu, dengan tujuan sebagai data masukan dari sensor dan keluaran untuk heater. Jumlah Port yang digunakan pada rancang bangun strerilisator sebanyak 4 port, Tabel 3.2 sampai dengan Tabel 3.3 hal 45 sampai dengan hal 46 adalah port-port yang digunakan :
45
1.
Port A Port A digunakan sebagai port masukan (input) dari sensor
yakni LM35 sebagai sensor suhu yang berfungsi untuk mendeteksi suhu yang berada pada sterilisator. Keluaran dari sensor yang digunakan sebagai input mikrokontroler berlogika ” Low ” dan selanjut mikrokontroler akan melakukan proses seperti program yang telah dibuat. Tabel 3.2 adalah konfigurasi data yang dipakai pada mikrokontroler : Tabel 3.2. Penggunaan Port A sebagai input PA.7
PA.6
PA.5
PA.4
PA.3
PA.2
PA.1
PA.0
1
1
1
1
1
1
1
0
Keterangan Sensor LM35
Port A juga digunakan sebagai port untuk aktifasi sterilisator. Konfigurasinya dapat dilihat pada tabel 3.3 hal : Tabel 3.3. Konfigurasi Data Pada Port A. PA.7 PA.6 PA.5 PA.4 PA.3 PA.2 PA.1 PA.0
Keterangan
0
0
1
0
0
0
0
0
Start
0
1
0
0
0
0
0
0
Up
1
0
0
0
0
0
0
0
Down
2. Port B Port B digunakan sebagai port untuk menampilkan tampilan LCD. Pada Port B Kaki 1 dan 16 LCD adalah Ground dan Kaki 2 dan 15 LCD adalah VCC.
46
3. Port D Port D digunakan sebagai port output untuk penggerak Heater dan buzzer. Dimana rangkaian output mendapat masukan dari sensor. Berikut adalah konfigurasi data yang dipakai pada mikrokontroler yang ditunjukkan pada tabel 3.3 : Tabel 3.4. Penggunaan Port D sebagai Output PD.7 PD.6 PD.5 PD.4 PD.3 PD.2 PD.1 PD.0
Keterangan
0
0
1
0
0
0
0
0
Heater
1
0
0
0
0
0
0
0
Buzzer
3.3.1.2.4.
Rangkaian Driver relay
Rangkaian pengendali pemanas berfungsi sebagai kendali pemanas heater. Rangkaian dirancang dengan transistor NPN sabagai saklar dan relay sebagai kontraktor, dapat dilihat pada gambar 3.8
Gambar 3.8. Rangkaian Driver Heater Rangkaian bekerja bila panas yang dihasilkan suhu uap air (aktual) kurang atau lebih kecil dari temperatur yang diatur (set point) dan kerja pemanas akan berhenti bila panas yang dihasilkan suhu uap air sama atau lebih besar dari temperatur yang diatur (set point).
47
1.
Suhu aktual kurang atau lebih kecil dari temperatur yang
diatur (set point) apabila suhu aktual kurang atau lebih kecil dari suhu set point, maka mikrokontroler akan mengeluarkan logika 0. Logika 0 akan mengakibatkan dioda emiter transistor tidak pada bias maju, maka transistor dalam keadaan cut off (terbuka) sehingga arus dari Vcc tidak dapat mengalir ke lilitan relay dan kontaktor pada relay tidak terpengaruh sehingga berada pada posisi semula yaitu terhubungnya common dengan NC. Karena heater dihubungkan dengan kaki NC maka arus dari PLN akan mengalir ke heater melalui kontaktor relay. Dengan adanya arus yang mengalir pada heater maka heater mendapat supply tegangan dan menyebabkan heater aktif. 2.
Apabila suhu aktual sama atau lebih besar dari suhu set
point, maka mikrokontroler akan mengeluarkan logika 1. Logika 1 akan mengakibatkan dioda emiter transistor dibias maju, maka transistor dalam keadaan saturasi (tertutup) sehingga arus dari Vcc dapat mengalir ke lilitan relay sehingga relay aktif. Relay aktif maka kontaktor pada relay akan terpengaruh atau tertarik oleh gaya elektromagnetik yang terjadi pada lilitan inti besi sehingga kontaktor tersebut berubah dari kaki NC ke kaki NO. Karena common terhubung dengan kaki NO maka heater tidak aktif karena arus dari PLN terputus sehingga heater tidak mendapat supply tegangan.
3.3.1.2.5.
Rangkaian Power supply
Perangkat elektronika harus memiliki tegangan yang dicatu oleh supply arus searah DC (direct current) yang stabil agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang paling baik. Rangkaian regulator yang digunakan mendapat tegangan sebesar 12 volt yang berasal dari catudaya.
48
Menggunakan IC regulator 7805 yang memberi tegangan output sebesar 5 volt. Pada penelitian Tugas Akhir Prototipe Sterilisator Pada Instrumen Medis menggunakan sumber tegangan pada catudaya.
3.3.1.2.6.
Rangkaian Skematik LCD
LCD yang digunakan adalah tipe LMB162 dengan tampilan 16 x 2 karakter. Dari gambar 3.9 dapat dilihat pin-pin LCD dihubungkan dengan Port C dari mikrokontroler AVR ATmega 8535, untuk dapat menampilkan teks. Gambar 3.9 menunjukkan rangkaian skematik LCD.
Gambar 3.9. Rangkaian Skematik LCD 3.3.1.2.7.
Rangkaian Buzzer
Untuk perencanaan
rangkaian buzzer peneliti menggunakan
transistor NPN sebagai saklar. Rangkaian berfungsi sebagai alarm apabila proses sterilisasi telah selesai, yang masukannya berasal dari port pada mikrokontroller. Pada gambar 3.10 hal 49 menjelaskan akan rangkaian buzzer yang digunakan.
49
Gambar 3.10. Rangkaian Buzzer
Gambar 3.10. Rangkaian Buzzer
3.3.2. Pembuatan Sofware Pembuatan prototipe sterilisator, selain terdapat rangkaian berupa input dan output, terdapat juga sebuah proses yang memberi perintah pada setiap gerakan, proses tersebut diatur oleh program. Program yang digunakan dibangun melalui Baskom AVR yang kemudian didownload melalui AVR ISP Programmer Cable. 3.3.2.1. Instalasi BASCOM AVR Langkah pertama sebelum menggunakan software adalah menginstal terlebih dahulu. 1.
Siapkan file SETUPDEMO.EXE (atau SETUP.EXE), klik
dan ganda file tersebut, maka akan tampil jendela seperti pada gambar 3.11.
Gambar 3.11. Jendela Awal Proses Menginstal
50
2.
Klik tombol Next untuk melanjutkan penginstalan, ikuti
lisensi yang tampil di jendela seperti pada gambar 3.12.
Gambar 3.12. Jendela License Agreement 3.
Pada gambar 3.13 dijelaskan untuk membaca instruksi,
pilih ‘ I accept the agreement ‘, dan klik tombol Next. Maka akan tampil jendela:
Gambar 3.13. Jendela Information
51
4.
Baca informasi tambahan dan klik Next untuk melanjutkan
penginstalan. Akan muncul jendelan baru seperti gambar 3.13. Diperintahkan untuk menentukan dimana drive dan path untuk menginstal BASCOM. Secara default BASCOM akan diinstal pada direktori:C:\Program
Files\MCSElectronics\BASCOM-AVR.
Setelah menentukan direktori, klik tombol Next untuk menentukan lokasi ikon BASCOM diletakkan. Seperti yang terlihat pada gambar 3.14 dan gambar 3.15 hal 52 menunjukkan jendela select star menu folder.
Gambar 3.14. Jendela Select Destination Location
52
Gambar 3.15. Jendela Select Star Menu Folder 5.
Tekan tombol Next untuk melanjutkan penginstalan seperti
yang terlihat pada gambar 3.16.
Gambar 3.16. Jendela Completing the BASCOM-AVR Setup Wizard 6.
Pilih ‘ Yes, restart the computer now ‘ dan tekan tombol
Finish. Maka software siap digunakan, seperti yang terlihat pada gambar 3.17.
53
3.3.2.2. Menjalankan BASCOM AVR Setelah
selesai
instal
BASCOM,
klik
ganda
ikon
untuk menjalankan BASCOM. Maka akan tampil jendela BASCOM AVR IDE (jika pertama kali dijalankan, maka jendela buat nulis program kosong) seperti pada gambar 3.17.
Gambar 3.17. Jendela BASCOM AVR IDE. 3.3.2.3. BASCOM Options BASCOM mempunyai banyak pilihan yang harus didefinisikan pada menu option. Option harus dipilih saat memulai project dan penyimpanan. Langkah pertama, pilih jenis mikrokontroler yang dipakai dengan memilih Options>Compiler>Chip. Seperti yang terlihat pada gambar 3.18 hal 54. Selanjutnya memilih output format
file
setelah
di
kompilasi.
Dengan
memilih
Options>Compiler>Output terlihat pada gambar 3.19 hal 54.
54
Gambar 3.18. Jendela Options>Compiler>Chip
Gambar 3.19. Jendela Options> Compiler>Output
55
3.3.2.4. Perancangan Program Program yang digunakan utuk bekerjanya prototipe sterilisator ialah Baskom AVR. Proses pembuatan program tersebut terdiri atas inisialisasi program dan program utama. Karakterkarakter dari BASCOM diambil bersama untuk membentuk label, keyword, variable, dan operator. Yang nanti dikombinasikan untuk membentuk statemen-statemen yang menyusun satu program. Dalam program BASCOM, karakter dasarnya terdiri atas karakter alphabet (A-Z dan a-z), karakter numeric (0-9), dan karakter spesias. seperti terlihat pada tabel 3.5 karakter spesial Bascom, garis program BASCOM mengikuti sintak seperti : [[line-identifier]] [[statement]] [[:statement]] ... [[comment]] Tabel 3.5. Karakter Spesial BASCOM Karakter
Nama Blank atau spasi
‘
Apostrophe
*
Asterik (simbol perkalian)
+
Tanda plus
,
Koma
-
Tanda minus
.
Period (titik desimal)
/
Simbol pembagian
:
Colon
56
“
Double quotation mark
;
Semicolon
Setiap variable dalam BASCOM memiliki tipe data yang menunjukkan daya tampungnya. Tipe data dalam BASCOM dapat dilihat pada tabel 3.6.
Tabel 3.6. Tipe Data BASCOM Tipe Data
Ukuran (byte)
Range
Bit
1/8
-
Byte
1
0-255
Integer
2
-32,768-+32,767
Word
2
0-65535
Long
4
-2147483648-+2147483647
Single
4
-
String
Hingga 254 byte
-
Variabel dalam suatu program berfungsi sebagai tempat penyimpanan data atau penampung data sementara. Variabel merupakan pointer yang menunjuk pada alamat memori fisik di mikrokontroler. Dalam BASCOM ada beberapa aturan dalam penamaan sebuah variabel:1
1
a.
Nama variabel maksimum terdiri dari 32 karakter.
b.
Karakter biasa berupa angka atau huruf.
Didin Wahyudi, Belajar Mudah Mikrokontroler AT89S52 dengan Bahasa BASIC Menggunakan BASCOM8051 , (Yogyakarta: Penerbit ANDI, 2007), hlm. 44-45.
57
c.
Nama variabel harus dimulai dengan huruf.
d.
Variabel tidak boleh menggunakan kata-kata yang
digunakan oleh BASCOM sebagai perintah, pernyataan, internal register, dan nama operator.
• 3.4.
Program keseluruhan terlampir di lampiran 6
Spesifikasi Alat Pada Prototipe Sterilisator mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
1.
Temperatur yang digunakan untuk proses sterilisasi adalah 100°C, dan waktu yang ditentukan.
2.
Pemilihan waktu dapat dilakukan dengan menekan tombol Up untuk menambah dan Down untuk mengurangi.
3. Prototipe dilengkapi indikator berupa buzzer yang menunjukan waktu telah mencapai settingan atau proses sterilisasi telah selesai. 4.
Menggunakan dua sistem pengaman yaitu dengan memutuskan arus pada rangkaian heater apabila suhu uap yang dihasilkan melebihi suhu settingan yaitu 100°C sehingga pemanasan berhenti serta system timer yang diatur.
5. Menggunakan elemen basah (water heater) untuk memanaskan air. Adapun spesifikasi secara teknik yakni untuk merealisasikan fungsi-fungsi diatas, maka perlu dirancang rangkaian-rangkaian dengan spesifikasinya. Untuk menghasilkan panas, peneliti merencanakan suatu rangkaian pemanas yang menggunakan elemen basah (water heater). Sebagai pemantau besarnya temperatur yang dihasilkan peneliti merencanakan rangkaian sensor suhu yang berupa LM 35, sedangkan sebagai pengkonversinya digunakan ADC yang sudah terdapat didalam mikrokontroler Atmega8535 agar dapat disampaikan ke mikrokontroler. Saat saklar on/off pada posisi on, maka rangkaian power supply mendapat supply tegangan dari PLN. Rangkaian power supply bekerja dan akan memberikan tegangan keluarannya yaitu +5V terhadap ground ke setiap rangkaian. Saat pertama kali prototipe
dihidupkan
maka
mikrokontroler akan menampilkan suhu yang telah di inisialisasikan terlebih dahulu. Program selanjutnya yaitu pemilihan waktu, yaitu dengan menekan
58
tombol pemilihan maka pada display akan berubah menjadi pemilihan waktu. Pemilihan waktu dapat dilakukan dengan menekan tombol Up untuk menaikkan dan Down untuk menurunkan waktu. Setelah waktu ditentukan, kemudian tombol start ditekan maka mikrokontroler akan mengintruksikan ke blok driver heater untuk mengaktifkan heater, dengan aktifnya heater maka proses preheating (pemanasan). Suhu yang dihasilkan dari pemanasan air akan disensor oleh LM 35 yang kemudian dirubah menjadi tegangan yaitu setiap 1°C sama dengan 10 mV, tegangan tersebut masuk ke inputan ADC mikrokontroler. ADC akan merubah sinyal analog yang dikirim dari LM 35 menjadi sinyal digital yang mempunyai resolusi 10 mV. Keluaran dari ADC yang berupa sinyal digital dan dilanjutkan oleh mikrokontroler yang kemudian akan diproses dan ditampilkan pada display. Karena adanya pemanasan maka suhu uap air akan terus naik dan saat suhu uap air mencapai suhu settingan sebesar 100°C maka mikrokontroller akan menjalankan program timer sehingga proses sterilisasi dimulai. Suhu yang dihasilkan dari pemanasan air akan selalu dikontrol oleh mikrokontroler, apabila suhu uap air diatas suhu settingan maka mikrokontroler akan mengintruksikan ke blok driver heater untuk mematikan heater, sebaliknya apabila suhu uap air di bawah suhu settingan maka mikrokontroler akan mengintruksikan untuk mengaktifkan heater. Pada saat proses, display dapat menampilkan suhu dan waktu secara bergantian dengan menekan tombol pemilihan. Apabila waktu telah habis maka mikrokontroler akan mengintruksikan ke blok driver heater untuk mematikan heater dan mengintruksikan ke blok buzzer untuk aktif sehingga buzzer bunyi yang menandakan proses sterilisasi telah selesai.
59
3.5.
Flow Chart Pada Prototipe sterilisator mempunyai Flow chart sebagai berikut :
Gambar 3.20. Flowchart Prototipe Sterilisator Pada Instrumen Medis
