DESAIN ALAT PENGONTROL KECEPATAN TETES INFUS DENGAN MOTOR SERVO BERBASIS ARDUINO UNO Oleh, Mozes Lawa NIM: 642009005
TUGAS AKHIR Diajukan kepada Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Matematika guna memenuhi sebagian dari persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Program Studi Fisika
FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA
2016
i
ii
iii
iv
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat kasih karunia dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Tugas akhir ini ditulis dan disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana pendidikan (S.Pd.) Fisika di Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga. Penyusunan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan, dukungan dan kerjasama dari berbagai pihak. Atas segala bantuan dan dukungan tersebut, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1.
Keluarga tercinta ibu, bapak, kakak dan adik saya, serta kekasih tercinta Dina Sonya N.M yang selama ini terus mendoakan, memberikan dukungan baik materil, semangat dan perhatian sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik.
2.
Bapak Dr. Suryasatriya Trihandaru, S.Si., M.Sc.nat. selaku dosen pembimbing utama atas waktu, tenaga, kritik dan saran serta wejangan-wejangannya dari awal hingga akhir sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.
3.
Ibu Made Rai Suci Shanti, N.A., S.Si., M.Pd selaku dosen pembimbing pendamping yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberikan saran, motivasi, dan berbagi pengalaman. Membimbing penulis dengan penuh kesabaran selama penelitian hingga tugas akhir ini selesai.
4.
Seluruh Dosen FSM UKSW, khususnya Dosen Fisika dan Pendidikan Fisika: Bapak Suryasatriya T., Bapak Andreas Setiawan, Bapak Adita Sutrisno, Ibu Diane Noviandini, Ibu Santi, Ibu Marmi Sudarmi, Bapak Ferdi S. Rondonuwu, Bapak Wahyu H.K., Bapak Nur Aji Wibowo, Ibu Debora Natalia S., dan Bapak Alva atas bimbingan dan ilmu yang diberikan kepada penulis selama kuliah.
5.
Mas Tri, Mas Sigit, dan Pak Tafip selaku Laboran Fisika dan Pendidikan Fisika FSM UKSW atas segala bantuannya selama ini. Maaf jika selama ini selalu merepotkan.
6.
Sahabat-sahabat tercinta saya yaitu teman-teman ASKARSEBA asrama mahasiswa UKSW buce, winfrid, nelis, nexon, markus, k salo, ardi, dll. Terimakasih atas segala bantuan dan semangat yang kalian berikan.
7.
Terikasih untuk kampus UKSW yang telah memberikan saya kesempatan untuk menimbah ilmu dan merasakan banyak pengalaman.
8.
Segenap pihak yang turut membantu dan terlibat dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan tugas akhir ini.
vi
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan dan penyelesaian tugas akhir ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca bagi perbaikan penulis. Apabila dalam penyusunan tugas akhir ini ada kata-kata yang kurang berkenan di hati pembaca, penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya. Akhirnya penulis berharap tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca, khususnya bagi pihak-pihak yang berkepentingan. Salatiga, September 2015
Penulis
vii
MOTTO
“Tetapi TUHAN adalah Allah yang benar, Dialah Allah yang hidup dan Raja yang kekal" (Yeremia 10:10a) “Kesempatan selalu datang pada kita namun jangan berharap pada keberuntungan semata, berusahalah senantiasa untuk kesuksesan yang sesunguhnya ”
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................................
i
LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................................................
ii
PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT .............................................................................................
iii
PERNYATAAN PERSETUJUAN AKSES ...................................................................................
iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA TULIS TUGAS AKHIR .........................................................
v
KATA PENGANTAR...............................................................................................................
vi
MOTTO ................................................................................................................................
viii
DAFTAR ISI...........................................................................................................................
ix
DESAIN ALAT PENGONTROL KECEPATAN TETES INFUS DENGAN MOTOR SERVO BERBASIS ARDUINO UNO
ix
Abstrak……………………………………………………………………….. ..................................
1
Pendahuluan .....................................................................................................
2
Landasa Teori ....................................................................................................
2
Bahan dan Metode Penelitian…………………………………………………………….. .........
4
Hasil Dan pembahasan......................................................................................
5
Kesimpulan........................................................................................................
6
Saran………………………………………………………………………….
6
Daftar Pustaka ..................................................................................................
7
DESAIN ALAT PENGONTROL KECEPATAN TETES INFUS DENGAN MOTOR SERVO BERBASIS ARDUINO UNO Mozes Lawa1, Made Rai Suci Shanti1,2, Suryasatriya Trihandaru1 1 Fisika, Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Kristen Satya Wacana 2 Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Kristen Satya Wacana Jl. Diponegoro No.52-60, Salatiga (50711)
[email protected]
Abstrak Perkembangan ilmu kedokteran dan teknologi yang semakin canggih menuntut pengamatan dan keakuratan pemberian dosis obat dan perlakuan perawat terhadap para pasien. Demikian halnya perkembangan ilmu dan teknologi di bidang alat-alat kesehatan. Salah satu peralatan yang ada dan sering digunakan di rumah sakit salah satunya adalah infus. Alat infus ini digunakan untuk memberikan cairan ataupun obat kepada pasien sehingga memerlukan keakuratan agar tidak terjadi hal – hal yang tidak diinginkan. Atas dasar masalah seperti yang telah dibahas maka akan di rancang sebuah alat pengontrol kecepatan tetes infus. Alat ini dirancang dengan berbasis pada papan programing arduino tipe arduino uno R3. Dan juga memanfaatkan motor servo sebagai pengerak rangkaian mekanika dan berfungsi sebagai penjepit selang infus. Kepatan tetes infuse dapat di kendalikan dengan cara memutar potensiometer ke angka tetes/menit sesua yang di inginkan namun pada penelitian ini inti peneliti memeberi batasan kusus untuk tetes yang cepat saja untuk teten yang sedikit belum di sediakan. Kata kunci: arduino,kontrol infus, servo motor, mekanika,buzzer
1
I.
uno memiliki 14 pin I/O, serta 6 buah pin sebagai input analog. Arduino adalah sebuah plat form dari physical computing yang bersifat open source.
PENDAHULUAN
Perkembangan ilmu kedokteran dan teknologi yang semakin canggih menuntut pengamatan dan keakuratan pemberian dosis obat dan perlakuan perawat terhadap para pasien. Demikian halnya perkembangan ilmu dan teknologi di bidang alatalat kesehatan. Salah satu peralatan yang ada dan sering digunakan di rumah sakit salah satunya adalah infus. Alat infus ini digunakan untuk memberikan cairan ataupun obat kepada pasien sehingga memerlukan keakuratan agar tidak terjadi hal – hal yang tidak diinginkan. Kita ketahui dibeberapa rumah sakit infus masih dilakukan secara manual untuk memberi jumlah tetesan infus yang akan diberikan kepada pasien, petugas medis harus menghitung tetesannya sambil melihat jam tangan selama satu menit, cara ini tentu masih jauh dari tingkat ketelitian. Adapun beberapa faktor yang dapat mempengaruhi pemberian dan jumlah cairan infus adalah petugas medis yang kelelahan sehingga tidak dapat memberikan jumlah tetesan infus yang tepat dan posisi tangan pasien yang sering bergerak yang bisa mempengaruhi jumlah tetesan tersebut. Sistem otomatis alat infus sudah digunakan tapi saat ini hanya untuk ruangan khusus atau memerlukan biaya yang sangat mahal untuk bisa menggunakannya. Sebagai upaya untuk mengatasi hal tersebut maka, peneliti berusaha merancang dan membuat sistem otomatis alat infus dalam pemantauan jumlah tetes infus dan pengaturan tetesan tanpa membandingkan dengan jam tangan. Cairan infus kekentalannya beragam dan masuknya ketubuh pun juga berbeda kapasitasnya. Biasanya untuk penderita yang telah kritis digunakan cairan yang mempunyai kandungan obat-obatan yang kepekatannya tinggi, sedangkan untuk penderita tidak terlalu kritis, hanya digunakan cairan pembantu metabolisme. Atas dasar masalah seperti yang telah dibahas maka akan di rancang sebuah alat pengontrol kecepatan tetes infus. Alat ini dirancang dengan berbasis pada papan programing arduino tipe arduino uno R3, serta memanfaatkan motor servo sebagai pengerak rangkaian mekanik yang berfungsi sebagai penjepit selang infus. II. LANDASAN TEORI
Gambar 1. papan arduino uno R3 Tabel 1. data seet board Arduino Mikrokontroler Tegangan pengoperasian Tegangan input yang di sarankan Batas tegangan input Jumlahl pin I/O Jumlah pin input analog Arus dc tiap pin I/O Arus dc untuk pin 3,3 V Memori flash
SRAM EEPROM Clock
ATmega328 5V 7V-12V 6V-20V 14 pin (6 di antaranya adalah keluaran PWM) 6 pin 40 mA 50 mA 32 KB (ATmega328) sekitar 0,5 KB di gunakan sebagai boot loader 2 KB (ATmega328) 1 KB (ATmega328) 16 Hz
PEMROGRAMAN ARDUINO Salah satu kelebihan dari arduino Uno ini adalah didukung oleh software Arduino IDE (Integrated Development Enviroment) untuk melakukan penulisan pemrograman. Bahasa pembrogramannya berdasarkan bahasa C yang mudah untuk dpelajari dan sudah didukung oleh library yang lengkap. Pada gambar 2 merupakan sebuah contoh program yang di buat untuk menyalakan 1 buah LED yang di pasang pada pin 13, selama 1 detik.
ARDUINO UNO Arduino uno adalah sebuah papan mikrokontroler yang dapat diprogram sesuai keinginan. Arduino 2
MEKANIKA (GEAR) Teori gear sama persis dengan teori hubungan antara kecepatan sudut dan kecepatan linear pada roda. Pada gambar 2 terlihat bahwa tepi gear 1 dan 2 saling berhubungan (tidak slip), maka kecepatan liniar gear 1 dan 2 akan sama. Namun pada gear 1 dan 3 kecepatan linearnya tidak sama, yang sama adalah kecepatan sudut dari kedua gear tersebut. Hubungannya adalah :
Gambar .2. contoh program sederhana arduino
MOTOR SERVO Motor servo disusun dari sebuah motor DC, gearbox, variabel resistor (VR) atau potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas maksimum putaran sumbu (axis) motor servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang pada pin kontrol motor servo.
Gambar .2. susunan dari 3 gear yang berbeda jari-jari
PRINSIP KERJA INFUS Prinsip kerja dari infus sama dengan sifat dari air yaitu mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah sebab di tarik oleh gaya grafitasi bumi. Pada sistem alat infus, terdapat sebuah klem yang dapat mengatur laju tetesan permenit. Jika klem digerakan untuk mempersempit jalur aliran pada selang maka laju cairan akan menjadi lambat ditandai dengan sedikitnya jumlah tetesan infus per menit yang keluar dan sebaliknya bila klem digerakan untuk memperlebar jalur aliran pada selang infus maka laju airan infus akan menjadi cepat ditandai dengan banyaknya jumlah tetesan infus per menit.Perawat akan mengatur dan menyamakan dengan menit pada jam sesuai dari dosis yang telah di berikan oleh dokter.
Gambar 3. konponen penyusun motor Servo
SENSOR PHOTODIODA Photodioda adalah suatu jenis dioda yang nilai resistansinya berubah-ubah apabila intensitas cahaya yang mengenai photodioda beubah-ubah. Di dalam gelap nilai tahanannya sangat besar, sehingga tidak ada arus yang mengalir. Semakin besar intensitas cahaya yang mengenai photodioda, maka nilai resistansinya semakin kecil sehingga arus yang mengalir semakin besar. Photodioda lebih pekah terhadap cahaya infrared dari pada cahaya tampak. Pada penelitian yang dilakukan di gunakan LED infrared sebagai sumber cahaya yang diterima oleh photodiode.
Gambar 4. Sistem kerja infus
3
III.
BAHAN DAN METODE
Sensor photodioda
PENELITIAN
Untuk rangkaian led-infrared dan photodioda rangkai terpisah, dengan kabel yang panjang agar dapat di pasang pada botol infus yang telah di gantung.
Bahan Dalam penelitian digunakan bahan-bahan yang di pakai untuk merangcang alat pemantau tetes infus dan suhu badan dengan tampilan digital serta alarm pengingat. Bahan utama yang di gunakan adalah, papan Arduino uno, LCD 16 x 2, keypad 4 x 4, sensor cahaya photodiode, buzzer, serta rangkaian komperator-histerisis. Alat ukur yang dipakai adalah multimeter berfungsi sebagai pengukur nilai tegangan keluaran untuk masing-masing sensor. Stopwatch berfungsi untuk mencari tahu selang waktu antara tiap tetes. Tabel 2. Daftar bahan yang digunakan dalam pembuatan alat
Gambar 6. Rangkaian sensor photodioda No
Bahan
Jumlah
keterangan
1 2 3 4
leptop Arduino Uno LCD 16x2 Keypad 4x4
1 1 1 1
Pengkodingan program Papan programing Sebagai output Input nilai tetes seharusnya
5
Motor Servo
1
6 7 8
Photodiopda LED Infrared Komperatorhisterisis Rangkayan mekanik
1 1 1
Sebagai mesin pengerak rangkayan mekanik Sensor pendeteksi tetes Sumber photodiode Penghindar noise untuk photodioda Sebagai penjepit selang infuse
Komperator-histerisis
9
Membuat rangkaian komperator dengan histerisis untuk photodioda. Pada gambar Vinput merupakan V dari photodioda yang masuk ke komperator. Vcc adalah 5v yang merupakan tegangan dari arduino, dan Vout masuk ke board arduino.
Metode Penelitian Secara umum metodologi perancangan penelitian ini terdiri dari beberapa tahap. Langkah pengerjaan penelitian tersebut dapat dilihat melalui diagram blok.
Gambar 7. Kooperator - histerisis menggunakan IC LM339
LCD (Liquid Crystal Display) Untuk dapat menampilkan data karakter ke LCD maka koneksi mikrokontroller dan LCD dapat dijelaskan sebagai berikut. Data masukan untuk penampil LCD diberikan melalui pin output 3-8 pada arduino. Sedangkan untuk mengontrol LCD Pada rangkaian display dipasang komponen potensio meter 5K Ohm yang berfungsi sebagai pengatur kecerahan dari LCD. Sumber tegangan yang diberikan sebesar 5 V. Sistem mekanika penjepit selang infus Untuk rangkaian mekanikanya dipakai pemutar DVD bekas kemudian dibuat tambahan desain sehingga gear dapat menjepit selang infus. Pada
Gambar 5. Diagram blok pengerjaan penilitian
4
gambar 8 terlihat bahwa ujung dari rangkaian mekaniknya akan bersentuhan langsung dengan selang infus. Pada sisi yang lainnya, terdapat motor servo yang akan memutar rangkaian gear pada saat menekan dan merenggangkan selang. Putaran motor servo dikontrol oleh board arduino yang sudah diprogram.
Tabel 3. Data untuk 200 tetes/menit
atur 200 tetes/menit Tetes/menit % Pengukuran perhitungan /menit otomatis manual error ke-1 200 200 0,00 ke-2 194 200 3,00 ke-3 195 200 2,50 ke-4 199 200 0,50 ke-5 203 200 -1,50 ke-6 201 200 -0,50 Rata-rata 198,7 200 0,67
Pada tabel 4 merupakan data hasil dari pengaturan tetes infus dari alat untuk 300 tetes/menit. Terlihat bahwa pada menit pertama data sudah mulai tidak sesuai dengan pengaturan yang sudah ditetapkan. Tetes infus mengalami penurunan sampai 4 tetes dan mengakibatkan alaram berbunyi. Error dari pengambilan data di menit pertama 1,33%. Namun pada detik ke-4 kondisi infus dalam keadaan stabil. Secara keseluruhan, rata-rata dari pemantauan alat untuk 300 tetes/menit untuk 6 kali pengambilan data : rata-rata jumlah tetes : 296,5 tetes/menit, rata-rata error 1,17 %. Pada gambar 9 merupakan grafis dari data untuk 300 tetes/menit.
Gambar 8. Gambar rangkaian mekanik penjepit selang infus.
Secara keseluruhan langkah-langkah dari penggunaan alat adalah : 1. Pemasangan botol infus dan pemasangan selang infus pada alat. 2. Input nilai tetes pada keypad dengan resep dari dokter . pada saat tetes tidak sesuai dengan jumlah tetes permenit yang sudah di tentukan, maka alarm akan berbunyi. 3. Putar potensiometer ke angka tetes yang dibutuhkan pasien. IV.
Tabel 4. Data untuk 300 tetes/menit
HASIL DAN PEMBAHASAN
atur 300 tetes/menit Tetes/menit % Pengukuran perhitungan /menit otomatis manual error 296 300 1,33 ke-1 297 300 1,00 ke-2 297 300 1,00 ke-3 300 300 0,00 ke-4 294 300 2,00 ke-5 295 300 1,67 ke-6 296,5 300 1,17 Rata-rata
Pada tabel 3 merupakan data hasil dari pengaturan tetes infus dari alat untuk 200 tetes/menit. Terlihat bahwa pada menit ke-2 data mulai tidak sesuai dengan pengaturan yang sudah ditetapkan. Tetes infus mengalami penurunan sampai 6 tetes dan mengakibatkan alaram berbunyi. Error dari pengambilan data di menit ke-2 3%. Namun pada detik ke-5 kondisi berbalik lagi jumlah tetes mengalami kenaikan 3 tetes permenit dari tetes yang seharusnya. Error dari keadaan dimenit ke-5 adalah 1,5%. Secara keseluruhan, rata-rata dari pemantauan alat untuk 200 tetes/menit untuk 6 kali pengambilan data : rata-rata jumlah tetes : 198,7 tetes/menit, rata-rata error 0,67 %.
5
301 300 299 298 297 296 295 294 293
Series1 Series2
0
5
10
Gambar 9. Gambar grafik kondisi tetes selama 6 menit
V. KESIMPULAN Berdasarka penelitian dan pengujian system dari alat infus pasien yang dibuat, maka dapat disimpulkan beberapa hal terkait dengan pelaksanaan dan hasil dari pengambilan data: 1. Kecepatan tetes infus dapat di kendalikan dengan cara memutar potensiometer ke angka tetes/menit sesuai yang di inginkan namun pada penelitian ini inti tetes yang sedikit belum di sediakan. 2. Jumlah tetes infus per menit selalu dipantau oleh alat. 3. Untuk tiap percobaan yaitu 200 tetes/menit dan 300 tetes/menit memiliki rata-rata nilai error berturut-turut 0,67 % dan 1,17 %
Saran Untuk pengembangan selanjutnya di sarankan agar memaksimumkan kerja dari alat pengontrol kecepatan tetes infus: 1. Rangkaian komperator histerisis harus lebih baik lagi karena pada alat ini, di tempat yang sangat terang sensor photodiode mengalami kesulitan dalam membaca tetes infus. 2. Penggunaan sensor tambahan pada botol infus akan lebih baik karena dapat mengetahui kapan infus akan habis. 3. Perancangan sistim mekanika dari alat harus lebuh baik lagi agar dapat mengatur sampai tetes yang lebih kecil lagi. 4. Dibuat kesing pembungkus keseluruhan alat dengan tampilan yang menarik..
6
VI. REFERENSI Artikel jurnal 1. D.F. Anggraini. 2012.
Pengembangan
Sistem Monitoring Tetesan Infus Pada Ruang Perawatan Rumah Sakit, Tersedia di, http: www.Distrodoc.com /287211, diakses 2 Mei 2015. 2. Kokoh S A. 2011. Rancang bangun alat pengaturan jumlah tetes pada pasien dan monitoring jarak jauh dengan PC. ITS. 3. Djuandi. 2011. Pengenalan arduino. Dari www.tokobuku.com 4. Yusmaninita.
2009.
Rasionalitas
penggunaan obat. RSUP. H. Adam Malik 5. R. C. Gupta. 2005. Desing and implementation of controlled drug infusion system . Journal of Scientific & Industrial Research Vol.64, October 2015, pp. 761766 Buku 1. Michael
Margolts.
2012.
Arduino
CookBook. ISBN: 978-1-449-31387-6 2. Kimmo Karvinen & Tero Karvinen. 2014. Measure the World with Electronics, Arduino, and Raspberry Pi. ISBN: 978-1449-36708-4
7
