INKUBATOR BAYI BERBASIS MIKROKONTROLLER DILENGKAPI SISTEM TELEMETRI DENGAN JARINGAN RS 485 Oleh : Roni Wijaya NIM : 612007028
Skripsi ini untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik dalam Konsentrasi Teknik Elektronika
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA Juni 2012
INTISARI Menurut data hasil Survei Demografi dan Kesehatan Indonesia tahun 2007, Angka Kematian Bayi di Indonesia masih tinggi yaitu 34 kematian per 1000 kelahiran hidup, jika dibandingkan negara tetangga seperti Singapura (3 kematian per 1000 kelahiran hidup). Salah satu penyebabnya adalah kurang meratanya penyebaran alat kesehatan yang menunjang keadaan bayi baru lahir, terutama inkubator bayi. Mahalnya inkubator menyebabkan banyak instansi kesehatan hanya menggunakan inkubator sederhana. Oleh karena itu, pada skripsi ini dibuat sebuah inkubator yang memiliki fasilitas lebih baik dari inkubator sederhana, tetapi dengan harga terjangkau. Inkubator yang dirancang dan direalisasikan ini dapat mendeteksi dan menampilkan suhu dan kelembaban, serta menjaga kestabilan suhu. Selain itu, inkubator ini juga dilengkapi sistem telemetri dengan program antarmuka yang dilengkapi data logger. Hasil pengujian yang dilakukan dengan kondisi inkubator berisi kelinci, menunjukkan inkubator dapat berfungsi dengan baik dan mampu menjaga kestabilan suhu sesuai dengan suhu yang dikehendaki pada kisaran 28°C – 37°C dengan nilai galat maksimal 1°C. Pengujian sistem telemetri dilakukan dengan menghubungkan inkubator dengan sebuah personal komputer menggunakan kabel 10 meter, untuk mewakili jarak antara inkubator dengan ruang pengawasan pada keadaan sebenarnya. Hasil dari pengujian yang dilakukan, program antarmuka mengirimkan perintah permintaan data pada inkubator setiap 30 detik dan data logger akan mencatat data hasil pengukuran yang diterima dari inkubator setiap lima menit. Data yang dicatat oleh data logger pada log file merupakan data hasil pengukuran terakhir yang valid dari setiap lima menit pengukuran.
i
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan hikmah, karunia, kekuatan dan kesabaran dalam menyelesaikan perancangan dan penulisan skripsi sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik sebagai syarat untuk menyelesaikan studi Strata satu di Fakultas Teknik Elektro dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana. Pada kesempatan ini juga, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak, antara lain: 1. Papih, Mamih, Je Lia dan Andre yang telah memberi dukungan kepada penulis baik di dalam doa, nasehat, cinta, kasih sayang, materi, serta semangat yang telah diberikan. 2. Bapak F. Dalu Setiaji, M.T dan Bapak Daniel Santoso, M.S yang telah membimbing, mengkoreksi dan memberikan saran kepada penulis selama pembuatan skripsi ini. 3. Bapak Ir. Handoko, M.Eng. selaku Dekan Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro UKSW. 4. Seluruh tenaga pengajar Fakultas Teknik Jurusan Elektro yang telah memberikan bekal ilmu pada penulis. 5. Keluarga besar GBI Johar dan Hassanudin Salatiga, yang sudah membentuk hidup jasmani maupun hidup rohani saya selama ada di Salatiga. 6. Harry ”Kulpang”, Junita, dan teman – teman kos XP langensuko 9, Jovi, Chandra’kentung’, Acip, Adhy Purnomo, “Ncek” Ferry, Mekel ’Biksu Tong’, thank’s banget untuk bantuan dukungan doa dan dukungan hiburannya disaat stress melanda (DOT.A!!)
ii
7. Teman-teman fakultas elektro Mas Yayan’05, Mas Widji’05, Mas O’ong ’05, Lukas’06, Arif’06, Ian’06, Dede’06, Deni’06,Sahat’06, Suryo’07, Pepe’07, Heri’07, Rere’07 , dan seluruh teman – teman angkatan 2007 yang memberi semangat, membantu, menemani, mengganggu, dan canda tawa susah maupun senang selama kuliah dan pembuatan skripsi, ayo teman-teman semangat untuk lulus! 8. Teman - teman penghuni Lab Skripsi, yang penulis tidak sebutkan satu-persatu yang banyak memberi bantuan dan semangat dalam pembuatan skripsi, Terimakasih banyak. 9. Staff administrasi dan laboran yang telah membantu selama mengikuti perkuliahan di UKSW. 10. Semua pihak yang telah membantu dalam kelancaran pembuatan alat dan penulisan tugas akhir ini yang belum disebutkan di atas.
Penulis berharap skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca sekalian. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, sehingga penulis mengharap kritik dan saran dari pembaca sekalian yang dapat berguna untuk kemajuan kita bersama. Tuhan Memberkati! Salatiga, Juni 2012
Penulis
iii
DAFTAR ISI
INTISARI .................................................................................................................
i
KATA PENGANTAR ......................................................................................
ii
DAFTAR ISI ....................................................................................................
iv
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ vii DAFTAR TABEL ............................................................................................
x
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................
1
1.1. Latar Belakang Masalah ................................................................
1
1.2. Tujuan .........................................................................................
4
1.3. Pembatasan Masalah ....................................................................
4
1.4. Spesifikasi Skripsi ........................................................................
5
1.5. Sistematika Penulisan ..................................................................
5
BAB II DASAR TEORI ...................................................................................
7
2.1. Inkubator Bayi ............................................................................
7
2.2. Pengendali Mikro Atmega 8535 ................................................... 11 2.3. Sensor Suhu dan Kelembaban Udara ........................................... 13 2.4. TRIAC ........................................................................................ 19 2.5. Sensor Suhu LM 35 .................................................................... 20 2.6. Modul Komunikasi RS 232 dan RS 485 ...................................... 20 2.7. Sistem Pengendali Pemanas ........................................................ 21
iv
BAB III PERANCANGAN .............................................................................. 23 3.1. Gambaran Umum Sistem ............................................................ 23 3.2. Perancangan dan Perealisasian Perangkat Keras .......................... 24 3.2.1. Box / Kotak Inkubator .................................................... 24 3.2.2. Modul Pemanas dan Pengendali Pemanas ...................... 25 3.2.3. Modul Pengendali Mikro ............................................... 26 3.2.4. Modul Sensor ................................................................ 29 3.2.5. Modul Komunikasi Data ................................................ 31 3.2.6. Modul Tombol – Tombol Pengaturan, LCD dan LED Indikator ......................................................................... 33 3.2.7. Modul Kipas Penghisap dan Penghembus ...................... 33 3.2.8. Modul Emergency Stop .................................................. 35 3.3. Perancangan dan Realisasi Perangkat Lunak ............................... 40 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS .......................................................... 44 4.1. Pengujian Modul Pengendali Mikro ........................................... 44 4.1.1. Pengujian Port Pengendali Mikro .................................. 44 4.1.2. Pengujian Timer Pengendali Mikro ................................ 44 4.2. Pengujian Modul Pemanas ......................................................... 45 4.3. Pengujian Modul Sensor SHT 11 ............................................... 46 4.4. Pengujian Modul Komunikasi Data RS 485 ............................... 48 4.5. Pengujian Komparator Histeresis ............................................... 49 4.6. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan ........................................ 50 4.6.1 Pengujian Waktu Pemanasan Awal Inkubator ................. 50
v
4.6.2. Pengujian Sistem Telemetri dengan Jaringan RS 485 ...... 52 4.6.3. Pengujian Perubahan Pengalamatan Inkubator ................ 57 4.6.4. Pengujian Kestabilan Pemanasan Inkubator .................... 58 4.6.5. Pengujian Konsumsi Daya Keseluruhan Alat .................. 66 4.6.6. Pengujian Modul Buzzer dan LED Indikator .................. 68 4.6.7. Penghitungan Biaya Pembuatan Alat .............................. 68 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 71 5.1. Kesimpulan ............................................................................... 71 5.2. Saran Pengembangan ................................................................. 72 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 73 LAMPIRAN I. II. III.
LEMBAR DATA KOMPONEN SOURCE CODE PROGRAM DAN PETUNJUK PEMAKAIAN DOKUMENTASI ALAT
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Inkubator bayi sanes BIC-301 produksi Sanes Medical .................
2
Gambar 2.1. Pin ATMega8535 .......................................................................... 12 Gambar 2.2. Bentuk Fisik Sensor SHT 11 ........................................................ 13 Gambar 2.3. Blok Diagram SHT 11 .................................................................. 14 Gambar 2.4. Koneksi SHT 11 dengan Pengendali Mikro .................................. 14 Gambar 2.5. Timing Diagram Pengukuran Kelembaban ................................... 17 Gambar 2.6. Frame Data Pengukuran Sensor SHT 11 ...................................... 17 Gambar 2.7. Tingkat Akurasi Sensor SHT 11 ................................................... 17 Gambar 2.8. Simbol TRIAC ............................................................................. 19 Gambar 2.9. Bentuk Fisik LM 35 ..................................................................... 20 Gambar 2.10. Bentuk Fisik RS 232 dan RS 485 ................................................ 21 Gambar 2.11. Ilustrasi Kontroler on – off .......................................................... 22 Gambar 2.12. Ilustrasi Kontroler on – off dengan Histeresis ............................. 22 Gambar 3.1. Blok Diagram Alat Keseluruhan ................................................... 24 Gambar 3.2. Modul Kontrol Pemanas ............................................................... 25 Gambar 3.3. Schematic Rangkaian Pengendali Inkubator .................................. 27
vii
Gambar 3.4. Sensor SHT 11 ............................................................................. 29 Gambar 3.5. Jaringan Half Duplex RS 485 ....................................................... 31 Gambar 3.6. Rangkaian Antarmuka Kipas ........................................................ 34 Gambar 3.7. Rangkaian Antarmuka Pengendali Relay ...................................... 36 Gambar 3.8. Rangkaian Penguat Non Inverting dan Komparator Inverting dengan Histeresis ............................................................................................. 38 Gambar 3.9. Diagram Alir Perangkat Lunak ..................................................... 42 Gambar 3.10. Diagram Alir Perangkat Lunak ................................................... 43 Gambar 4.1. Pengujian Modul Pemanas ........................................................... 45 Gambar 4.2. Grafik Hasil Pengukuran Suhu Sensor SHT 11 ............................. 47 Gambar 4.3. Grafik Hasil Pengukuran Kelembaban Sensor SHT 11 .................. 48 Gambar 4.4. Pengujian Modul Komunikasi Data RS 485 .................................. 49 Gambar 4.5. Rangkaian Pengujian Komparator Histeresis ................................. 49 Gambar 4.6. Grafik Hasil Pengujian Waktu Pemanasan Inkubator .................... 51 Gambar 4.7. Tampilan Program Antarmuka Sistem Telemetri Inkubator .......... 53 Gambar 4.8. Hasil Pengujian Program Antarmuka Sistem Telemetri ................ 55 Gambar 4.9. Peringatan Kesalahan Permintaan Data pada Program Antarmuka . 56 Gambar 4.10. Log File Hasil Data Logger pada Program Antarmuka ................ 57
viii
Gambar 4.11. Pengujian Program Antarmuka Sistem Telemetri Inkubator 2 ...... 58 Gambar 4.12. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas dengan Suhu Setelan 30°C . 59 Gambar 4.13. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas dengan Suhu Setelan 31°C . 60 Gambar 4.14. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas dengan Suhu Setelan 32°C . 61 Gambar 4.15. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas dengan Suhu Setelan 33°C . 62 Gambar 4.16. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas dengan Suhu Setelan 34°C . 63 Gambar 4.17. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas dengan Suhu Setelan 35°C . 64 Gambar 4.18. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas dengan Suhu Setelan 36°C . 65 Gambar 4.19. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas dengan Suhu Setelan 37°C . 66 Gambar 4.20. Hasil Pengukuran Konsumsi Daya Inkubator saat Pemanas Aktif
67
Gambar 4.21. Hasil Pengukuran Konsumsi Daya Inkubator saat Pemanas Tidak
Aktif ................................................................................................................. 67 Gambar 4.22. Hasil Pengujian Penanda Terjadinya Kesalahan .......................... 68
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Perbandingan Inkubator Bayi Produksi Sanes Medical,UNDIKSHA, Khrisma Jatiajie, dan Inkubator Bayi yang Akan Dirancang ..............................
3
Tabel 2.1. Daftar Perintah SHT 11 (Application Notes SHT 11) ........................ 16 Tabel 2.2. Pengukuran Kelembaban .................................................................. 18 Tabel 2.3. Pengukuran Suhu ............................................................................. 18 Tabel 3.1. Konfigurasi PORT Pengendali Mikro ............................................... 28 Tabel 3.2. Pengukuran Kelembaban .................................................................. 30 Tabel 3.3. Pengukuran Suhu ............................................................................. 30 Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Suhu Sensor SHT 11 ............................................ 46 Tabel 4.2. Hasil Pengukuran Kelembaban Sensor SHT 11 ................................ 47 Tabel 4.3. Hasil Pengujian Waktu Pemanasan Awal Inkubator ......................... 50 Tabel 4.4. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas (Suhu Setelan 30°C) ................ 59 Tabel 4.5. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas (Suhu Setelan 31°C) ................ 59 Tabel 4.6. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas (Suhu Setelan 32°C) ................ 60 Tabel 4.7. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas (Suhu Setelan 33°C) ................ 61 Tabel 4.8. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas (Suhu Setelan 34°C) ................ 62
x
Tabel 4.9. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas (Suhu Setelan 35°C) ................ 63 Tabel 4.10. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas (Suhu Setelan 36°C) .............. 64 Tabel 4.11. Hasil Pengujian Kestabilan Pemanas (Suhu Setelan 37°C) .............. 65 Tabel 4.12. Perbandingan Spesifikasi Inkubator Sanes BIC – 301 dan Inkubator yang Dibuat ....................................................................................... 69 Tabel 4.13. Rincian Harga Komponen Perangkat Keras yang Dibutuhkan ........ 69
xi
