ELEKTROKARDIOGRAF TIGA LEAD YANG DILENGKAPI DENGAN MODUL WI-FI SEBAGAI SARANA KOMUNIKASI DATA (THREE LEADS ELECTROCARDIOGRAF WITH WI-FI AS A FACILITY FOR DATA COMMUNICATION)
PROYEK AKHIR
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan
Diploma III Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro
Oleh : Asep Suryana Mustopa 091311037
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
DATA PRIBADI
Nama
Asep Suryana Mustopa
NIM
091311037
Angkatan
2009
Banjarsari, Desa Jayagiri, Kecamatan
Alamat
Pos 46263
Panumbangan, Ciamis, RT/RW 02/08, Kode
Nomor Hp
085223565431
TTL
Bandung, 21 November 1989
Email
[email protected]
TK
(1996) Taman Kanak-Kanak Bhayangkari
SD
(2002) SD NEGERI JAYAGIRI 3
SMP
(2005) SMP NEGERI 1 PANUMBANGAN
SMK
(2007) SMK NEGERI 2 TASIKMALAYA
D3
(2012) POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Jangan kecewa apabila hasil yang diperoleh tidak seperti yang diharapkan, percayalah bahwa semuanya adalah kesuksesan, bukan kegagalan. Mengapa saya punya banyak kesuksesan? Karena saya tahu banyak usaha yang gagal.
Thomas Alva Edison 1847 - 1931
Kupersembahkan karya kecilku ini untuk keluargaku tercinta
ABSTRAK
Jantung merupakan organ dalam tubuh yang sangat penting karena jantung
berfungsi memompa darah ke seluruh tubuh. Detak jantung juga dapat dilihat
melalui alat deteksi kerja jantung yang disebut elektrokardiograf yang dapat
memunculkan grafik kerja jantung. Pada proyek akhir ini telah direalisasikan elektrokardiograf tiga lead
dengan tampilan visual di layar komputer atau laptop dengan media transfer data menggunakan Wi-Fi. Teknik penyadapan sinyal EKG menggunakan elektroda
disposable dipasang pada dada dengan sadapan unipolar. Sinyal dari elektroda
dikuatkan seribu kali oleh penguat instrumentasi AD623N dan kemudian di-filter menggunakan low pass filter dengan frekuensi cut off 100Hz dan dijumlahkan dengan tegangan DC sehingga sinyal EKG tidak memiliki tegangan negatif. Selanjutnya sinyal EKG dikonversi oleh ADC internal mikrokontroler ATmega32 dengan jumlah bit ADC 10 bit dan dikirim melalui Wi-Fi untuk ditampilkan dilayar komputer. Ketika ditampilkan di layar komputer, sinyal EKG masih belum nampak dengan jelas karena ada kesalahan pada proses sampling dan pengiriman data. Untuk menampilkan grafik sinyal EKG di layar komputer menggunakan software Visual Basic 6.0, namun masih belum sempurna pada bagian timer untuk menjalankan grafik sinyal EKG harus disesuaikan dengan kecepatan denyut jantung. Kata kunci : Jantung, elektrokardiograf, Wi-Fi, penguat instrumentasi.
i
ABSTRACT
Heart is an organ in the body which is very important because heart have
function pumping blood throughout the body. Heart rate can also be seen through detection tools work of heart is called elektrokardiograf can bring up a graph of
work of heart so if there is a disturbance in the heart can be detected by elektrokardiograf. At the final project has been realized elektrokardiograf three leads with
visual display on a computer screen or a laptop with media data transfer using Tapping techniques use disposable electrodes ECG signals mounted on the Wi-Fi.
chest with the tapped unipolar. The signal from the electrode is amplified thousand times by instrumentation amplifier AD623N and then filtered used low pass filter with cut off frequency 100 Hz and combined with the DC voltage therefore ECG signal hasn’t negative voltage. Then, ECG signals is converted by internal ADC microcontroller ATmega32 by the number of bit ADC is ten bits and send via Wi-Fi for displayed on computer screen. When displayed on computer screen, ECG $signal is still not seen clearly because there are errors in the process of sampling and data transmission. For showing ECG signal on computer screen using software Visual Basic 6.0, but still rudimentary on a timer to run a graph ECG signal should be adjusted to heart rate. Keywords : Heart, elektrokardiograf, Wi-Fi, instrumentation amplifier.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT karena berkat izin dan
ridho-Nya laporan ini dapat diselesaikan. Dengan segala keterbatasan dan
kekurangan, berbekal ilmu pengetahuan, ikhtiar dan tawakkal tersusunlah Proyek
Akhir yang berjudul “Elektrokardiograf Tiga Lead Yang Dilengkapi Dengan
Modul Wi-Fi Sebagai Sarana Komunikasi Data” sebagai salah satu syarat dalam memperoleh gelar Ahli Madya Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika di
Politeknik Negeri Bandung.
Dalam kesempatan ini, penulis menyadari bahwa untuk dapat menyelesaikan Proyek Akhir ini, banyak pihak yang telah membantu. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang tulus serta penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Hari Purnama, Ir., M.Eng., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro. 2. Ibu Ervin Masita Dewi, ST., MT, selaku Ketua Program Studi Teknik Elektronika. 3. Ibu Ediana Sutjiredjeki, Dr., Ir., M.Sc., selaku Pembimbing I, baik dalam pengarahan serta dorongannya semasa bimbingan hingga terselesaikannya Proyek Akhir ini. 4. Bapak Edi Rakhman, Ir., M.Eng. selaku Pembimbing II, atas usulan dan nasehat semasa penyusunan Proyek Akhir ini. 5. Bapak Didin Saefudin, ST, selaku ketua Penguji. 6. Bapak Firman Prima Djauhari, MT, selaku Penguji I. 7. Bapak Tjan Swi Hong, M.Sc, selaku Penguji II 8. Seluruh Dosen Elektronika yang telah memberikan ilmu dari semester I sampai semester VI. 9. Para teknisi di laboratorium Program Studi Teknik Elektronika. 10. Teman-teman dari jurusan Telkom yang telah memberikan saran serta masukan sehingga proyek akhir ini terlaksana.
iii
11. Teman-teman angkatan 2009, khususnya EC3B yang selalu memberikan
bantuan dan motivasinya kepada penulis. 12. Seluruh pihak yang telah membantu dalam penyelesaian laporan Proyek
Akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu - persatu.
Dalam
pembuatan
laporan
ini
penulis
menyadari
masih
kekurangannya, untuk itu penulis sangat mengharapkan saran untuk penyempurnaan tulisan ini. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Bandung, 21 Juni 2012
Penulis
iv
banyak
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................ i ABSRTACT ............................................................................................................ ii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... iii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ ix
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xi
BAB 1 PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1. LATAR BELAKANG ............................................................................... 1 1.2. TUJUAN .................................................................................................. 2 1.3. PERUMUSAN MASALAH .................................................................... 3 1.4. BATASAN MASALAH .......................................................................... 3 1.5. METODOLOGI ........................................................................................ 4 1.5. 1 Studi Literatur ............................................................................... 4 1.5. 2 Perancangan ................................................................................. 4 1.5. 3 Realisasi ....................................................................................... 4 1.5. 4 Pengukuran dan Analisa ............................................................... 5 1.5. 5 Sistematika Penulisan .................................................................. 5 BAB 2 DASAR TEORI ....................................................................................... 7 2.1 ELEKTROKARDIOGRAF (EKG) ........................................................... 7 2.1.1 Gelombang EKG ........................................................................... 7 2.1.2 Titik-Titik Sadapan ........................................................................ 9 2.1.3 Elektroda EKG .............................................................................. 12 2.2 OPERASIONAL AMPLIFIER ................................................................. 13 2.2.1 Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) ..................................... 14 2.2.2 Penguat Biopotensial ..................................................................... 14 2.2.2.1 Rangkaian Penguat Differential ........................................... 15 2.2.2.2 Rangkaian Penguat Penyangga ............................................ 17
v
2.3 FILTER ..................................................................................................... 19 2.4 MIKROKONTROLER ............................................................................. 21
2.4.1 Sejarah Mikrokontroler ................................................................. 21
2.4.2 Manfaat Mikrokontroler ................................................................ 22
2.4.3 Keluarga Mikrokontroler ............................................................... 22
2.4.4 ADC Mikrokontroler ..................................................................... 24 2.5 Wi-Fi .......................................................................................................... 24 2.6 I TO V CONVERTER ................................................................................ 27
BAB 3 PERANCANGAN DAN REALISASI .................................................... 29 3.1 TUJUAN PERANCANGAN .................................................................... 29 3.2 PERANCANGAN ..................................................................................... 29 3.2.1 Sistem Requirement ....................................................................... 29 3.2.2 Kriteria Desain............................................................................... 30 3.2.3 Deskripsi Sistem ............................................................................ 31 3.2.4 Sistem Dekomposisi ...................................................................... 32 3.2.5 Spesifikasi Sistem .......................................................................... 33 3.2.6 Perancangan Hardware ................................................................. 34 3.2.6.1 Penguat Instrumentasi .......................................................... 34 3.2.6.2 Low Pass Filter .................................................................... 35 3.2.6.3 Rangkaian Clamper.............................................................. 36 3.2.6.4 Sistem Minimum Mikrokontroler ........................................ 37 3.2.6.5 Rangkaian Wi-Fi .................................................................. 39 3.2.7 Perancangan Software ................................................................... 39 3.2.7.1 Deskripsi Software Untuk Mikrokontroler .......................... 40 3.2.7.2 Deskripsi Software Untuk Tampilan Visual......................... 40 3.2.8 Perancangan Mekanik ................................................................... 43 3.3 REALISASI SISTEM ............................................................................... 44 3.3.1 Realisasi Hardware ....................................................................... 44 3.3.1.1 Pemilihan Komponen yang Digunakan ............................... 44 vi
3.3.1.2 Realisasi di Papan Percobaan (Protoboard) ........................ 44 3.3.1.3 Perancangan PCB ................................................................. 45
3.3.1.4 Pemeriksaan Jalur dan Peletakan Komponen ...................... 45
3.3.1.5 Realisasi Perangkat Elektronik ............................................ 46
A. Realisasi Rangkaian Penguat Instrumentasi ...................... 46
B. Realisasi Rangkaian Filter Low Pass ................................ 46
C. Realisasi Rangkaian Clamper ............................................ 47
D. Realisasi Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler .... 47 E. Realisasi Rangkaian Driver Wi-Fi dan Regulator ............. 47 1.3.1.6 Realisasi Mekanik ................................................................ 49 3.3.2 Realisasi Software ......................................................................... 51 3.3.2.1 Realisasi Software Untuk Mikrokontroler .......................... 52 3.3.2.2 Realisasi Software Untuk Tampilan Visual ......................... 54
BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA .............................................................. 66 4.1. TUJUAN .................................................................................................. 66 4.2. METODA PENGUJIAN .......................................................................... 66 4.3. PENGGUNAAN ALAT UKUR .............................................................. 66 4.4. PENGUJIAN DAN ANALISA PERANGKAT KERAS ....................... 67 4.4.1 Pengujian Rangkaian Penguat Instrumentasi ................................ 67 4.4.2 Pengujian Rangkaian Filter Low Pass .......................................... 68 4.4.3 Pengujian Rangkaian Clamper ...................................................... 70 4.4.4 Pengujian Rangkaian Sistem Minimum ........................................ 72 4.4.5 Pengujian Rangkaian Transmisi Data (Wi-Fi) .............................. 73 4.5. PENGUJIAN DAN ANALISA PERANGKAT LUNAK ...................... 74 4.6. PENGUJIAN RANGKAIAN TERINTEGRASI ..................................... 78 4.6.1 Pengujian Rangkaian EKG Keseluruhan ...................................... 79 4.6.2 Pengujian Rangkaian Transmisi Data Dan Sistem Minimum ....... 80 4.6.3 Pengujian Rangkaian EKG Dan Transmisi Data Keseluruhan ..... 81 BAB 5 PENUTUP .............................................................................................. 83 5.1. KESIMPULAN ...................................................................................... 83 vii
5.2. SARAN .................................................................................................. 84
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A
LAMPIRAN B LAMPIRAN C
LAMPIRAN D
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kertas Rekaman Sinyal EKG ............................................................ 8 Gamabr 2.2 Sadapan Precordial ........................................................................... 9
Gambar 2.3 Sadapan Bipolar ............................................................................... 10
Gambar 2.4 Sandapan Unipolar ........................................................................... 11
Gambar 2.5 Sadapan Lengkap 12 Lead ............................................................... 12 Gambar 2.6 Elektroda Disposable ....................................................................... 12 Gambar 2.7 Limb Clamp Elektroda ...................................................................... 13
Gambar 2.8 Operasional Amlpifier ....................................................................... 13 Gambar 2.9 Rangkaian Summing Amplifier Tiga Input ........................................ 14 Gambar 2.10 Penguat Differential ........................................................................ 15 Gambar 2.11 Rangkaian Penguat Penyangga Untuk Penguat Differential ........... 17 Gambar 2.12 Rangkaian Penguat Instrumentasi .................................................. 18 Gambar 2.13 Rangkaian Filter Low Pass dan karkteristik frekuensinya.............. 20 Gambar 2.14 Perbandingan Arus Terhadap Tegangan ......................................... 27 Gambar 2.15 Rangkaian Converter Arus Ke Tegangan ....................................... 28 Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem ........................................................................ 32 Gambar 3.2 Penguat Instrumentasi ....................................................................... 34 Gambar 3.3 Skema Perancangan Filter Low Pass ................................................ 35 Gambar 3.4 Skema Perancangan Rangkaian Clamper ......................................... 36 Gambar 3.5 Skema Sistem Minimum Mikrokontroler ......................................... 37 Gambar 3.6 Skema Perancangan Driver Wi-Fi..................................................... 39 Gambar 3.7 Flowchart Program Mikrokontroler .................................................. 41 Gambar 3.8 Data Flow Diagram Level I Untuk Tampilan Visual ........................ 42 Gambar 3.9 Peta Menu Tampilan Visual .............................................................. 43 Gambar 3.10 Perancangan Box ............................................................................. 44 Gambar 3.11 Realisasi Rangkaian Penguat Instrumentasi .................................... 46 Gambar 3.12 Realisasi Rangkaian Low Pass Filter .............................................. 47 Gambar 3.13 Realisasi Rangkaian Clamper ......................................................... 47 ix
Gambar 3.14 Skema Realisasi Rangkaian Sistem Minimum ATmega32 ............ 48
Gambar 3.15 Rangkaian Driver Wi-Fi Dan Regulator ......................................... 49 Gambar 3.16 Tampak Depan ................................................................................ 49
Gambar 3.17 Tampak Atas ................................................................................... 50 Gambar 3.18 Tampak Samping ............................................................................ 50
Gambar 3.19 Tampak Belakang............................................................................ 51
Gambar 3.20 Tampak Isometrik ........................................................................... 51 Gambar 4.1 Diagram Blok Pengujian Rangkaian Penguat Instrumentasi ............ 67 Gambar 4.2 Diagram Blok Pengujian Rangkaian Low Pass Filter ...................... 69
Gambar 4.3 Plot Bandwidth Frekuensi Filter Low Pass ....................................... 70 Gambar 4.4 Diagram Blok Pengujian Rangkaian Clamper .................................. 71 Gambar 4.5 Input Sinyal Sebelum Di-clamping ................................................... 71 Gambar 4.6 Bentuk Sinyal Hasil Clamping .......................................................... 72 Gambar 4.7 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Sistem Minimum .................... 73 Gambar4.8 Simulasi Koneksi Rangkaian Wi-Fi Dengan Komputer .................... 74 Gambar 4.9 Form Tampilan Utama ...................................................................... 75 Gambar 4.10 Form Login...................................................................................... 76 Gambar 4.11 Tampilan Msgbox Pada Form Login ............................................... 76 Gambar 4.12 Form Grafik Sinyal EKG ................................................................ 77 Gambar 4.13 Form Cara Penggunaan Alat ........................................................... 78 Gambar 4.14 Profil Pembuat Alat ......................................................................... 78 Gambar 4.15 Grafik Sinyal EKG Laki-laki Dewasa Dengan Usia 22 Tahun ....... 79 Gambar 4.16 Grafik Sinyal EKG Laki-laki Dewasa Dengan Usia 18 Tahun ....... 79 Gambar 4.17 Grafik Sinyal EKG Laki-laki Dewasa Dengan Usia 19 Tahun ....... 79 Gambar 4.18 Setting IP Pada Komputer ............................................................... 80 Gambar 4.19 Grafik Sinyal Sinus dari Function Generator .................................. 81 Gambar 4.19 Hasil Pengukuran Sinyal EKG ........................................................ 82
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi WiFi .................................................................................. 26 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Rangkaian Penguat Instrumentasi ............................. 68
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Frekuensi Cut Off Pada Rangkian Low Pass Filter 69
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Rangkaian Clamper ................................................ 72
xi
DAFTAR PUSTAKA
[1] Khandpur, RS 2004. Biomedical Instrumentation Technology and Applications. McGraw-Hill
[2] Setya, Sarah dkk. Februari 2011 IEEE 802.11g. Jurusan Teknik Elektro FT UGM, Yogyakarta.
[3]Detak
jantung,
minyakob,
pengertian
jantung,
http://obatalamiplus.com/pengertian-jantung
15
Oktober
(Diunduh
2011
11–Maret–2012
21:39 WIB)
[4]Jantung,
sutarmono,
cara
kerja
jantung,
18
Maret
http://ajimedia.com/186/fungsi-dan-cara-kerja-jantung-manusia
2011 (Diunduh
11–Maret–2012 21:28 WIB) [5]Biomedical
engineering,
ponco
siwindarto,
9
Februari
http://instrumentasi.lecture.ub.ac.id/penguat-biopotensial/
(Diunduh
2012 28-
Februari-2012 21:43 WIB) [6]Biomedical
engineering,
ponco
siwindarto,
3
Februari
http://instrumentasi.lecture.ub.ac.id/electrocardiograph/
(Diunduh
2012 28-
Februari-2012 22:12 WIB) [7]EKG,
prodia
childlab,
pemeriksaan
http://prodia.co.id/pemeriksaan-penunjang/ekg
(Diumduh
elektrokardiograf 18-maret-2012
3.20 WIB) [8]http://img.diytrade.com/cdimg/324701/1384310/0/1176979592/Adult_Limb_Clam p_Electrode.jpg (diunduh 18-Maret-2012 4.35 WIB) [9] http://renhua.en.ec21.com/EKG_Electrode--1746947_1747475.html (diunduh 18maret-2012 4.35 WIB) [10] Modul swa-instruksional. Anatomi fisiologi 4. Sistem pernafasan dan sistem kardiovaskular, Edisi ke-4 Longman group limited 1977. Tahun 1985 [11]WiFi.
Wikipedia,
ensiklopedia
bebas.
(Diunduh 18-Maret-2012, 22.07 WIB)
http://id.wikipedia.org/wiki/WiFi,
[12] Analog to digital mikrokontroller http://dorado.web.ugm.ac.id/2011/04/12/adc
atmega-8535/ (Diunduh 13 Mei 2012 18.44) [13] Arifianto. B e-book analog to digital Modul training microcontroller for beginner
[14] Mikrokontroler, admin electron online, mikrokontroler dan jenis-jenisnya, 30
0.12)
Maret 2009 http://hme.ee.itb.ac.id/elektron/?p=32 (Diunduh 12 Juni 2012
