Nebulizer Piezoelektrik Dilengkapi Timer dan Pemilihan Flowrate Berbasis Arduino Rida Yuanita Ananda, Triana Rahmawati,ST, M.Eng, Sumber. S.ST,MT. Jurusan Teknik Elektromedik POLITEKNIK KESEHATAN KEMENTRIAN KESEHATAN SURABAYA
Abstrak Nebulizer adalah alat yang digunakan untuk memberikan terapi pengobatan bagi pasien yang terserang gangguan saluran pernapasan dengan memanfaatkan cairan uap yang sudah tercampur dengan obat. Obat akan langsung menuju ke paru-paru untuk melonggarkan saluran pernafasan yang menyempit. Untuk itu pada tugas akhir ini
penulis mencoba membuat Alat
“Nebulizer Piezoelektrik” dengan dilengkapi Timer dan Pemilihan Flowrate Berbasis Arduino. Dalam pembuatan alat ini penulis merancang dengan menggunakan IC mikrokontroller ATMega 328 sebagai pengontrol utama, yang dikontrol adalah timer dan flowrate melalui PWM dengan tampilan LCD. Dari hasil analisa dapat disimpulkan bahwa alat ini mampu berjalan dengan baik dengan nilai error yang didapat dari pengukuran waktu adalah ± -0,0381% dan frekuensi dari osiloskop 1,7MHz
Kata kunci : Nebulizer, Piezoelektrik, Flowrate, Timer, PWM
kabut serta mengatur waktu yang diperlukan. 1. PENDAHULUAN
Alat
1.1
Latar Belakang
menimbulkan suatu getaran karena adanya
Nebulizer adalah alat yang digunakan
frekuensi untuk memecah obat menjadi kabut.
untuk memberikan terapi pengobatan bagi pasien
yang
terserang
menggunakan
Menurut
Dr
piezoelektrik yang
Suradi,
Penyakit
Paru
saluran
Obstruksi Kronis di Indonesia menempati urutan
pernapasan dengan memanfaatkan cairan uap
ke-5 dan dari data Organisasi Kesehatan Dunia
yang sudah tercampur dengan obat. Obat akan
(WHO) menyebutkan bahwa pada tahun 2010
langsung
menuju
paru-paru
untuk
diperkirakan penyakit ini akan menempati
pernafasan
yang
urutan ke-4 sebagai penyakit yang menyebabkan
pilihan
kematian. Nebulizer terdiri dari dua jenis, yaitu
terbaik pada kasus-kasus yang berhubungan
nebulizer compressor dan ultrasonic nebulizer
dengan penderita asma atau Penyakit Paru
menggunakan piezoelektrik. Nebulizer dengan
Obstruksi Kronis (Winariani, 2002). Prinsip
sistem ultrasound ini lebih praktis dan simpel
melonggarkan menyempit.
ke
gangguan
ini
saluran Nebulizer
merupakan
kerja Nebulizer adalah dengan mengatur tebal
1
serta tidak menimbulkan suara bising dibanding
1.2.5
dengan nebulizer compressor.
Kecepatan blower high dutycycle = 100 - 80 %.
Alat ultrasonik nebulizer sudah pernah
1.2.6
dibuat oleh Erly Dwiyanti (2014) dengan judul
Kecepatan blower medium dutycycle = 70 - 50%.
Nebulizer Piezoelektrik Dilengkapi Timer dan
1.2.7
Pemilihan Flowrate Berbasis Mikrokontroller,
Kecepatan blower low dutycycle = 40 20%.
namun alat tersebut sudah tidak dapat digunakan
1.2.8
kembali/rusak, tetapi Laboratorium Life Support
Tidak
membahas
jenis
obat
yang
digunakan.
sangat membutuhkan alat ini untuk bahan praktikum/pembelajaran. nebulizer
yang
Alat
telah
ultrasonic
dibuat
masih
1.3
ada
RUMUSAN MASALAH
“Dapatkah dibuat alat Nebulizer
kekurangan yaitu bentuk box yang lebih besar setelah dimodifikasi dan terpisah antara alat
Piezoelektrik Dilengkapi Timer dan
nebulizer dan kotak pengontrolnya, sehingga
Pemilihan Flowrate Berbasis Arduino?”
menyusahkan pengguna untuk memakainya. Berdasar tersebut
hasil
penulis
identifikasi
masalah
bermaksud membuat
1.4
“Nebulizer Piezoelektrik Dilengkapi Timer dan
1.4.1 Tujuan Umum
Dibuatnya alat “Nebulizer
Pemilihan Flowrate Berbasis Arduino”. Timer berfungsi
untuk
mengatur
TUJUAN PENELITIAN
alat
berapa
lama
Piezoelektrik Dilengkapi Timer dan
penggunaan alat tersebut dan pemilihan flowrate
Pemilihan Flowrate Berbasis Arduino”.
yang berfungsi untuk mengatur tebal kabut yang dibutuhkan. Untuk ukuran box akan dibuat bentuk alat nebulizer dan pengontrolnya lebih
1.4.2
memudahkan pengguna untuk memakainya.
Tujuan Khusus
1.4.2.1 Membuat rangkaian Minimum Sistem ATMega 328. 1.4.2.2 Membuat rangkaian Driver Osilator
1.2
BATASAN MASALAH
1.2.1
Pemilihan waktu 5 – 30 menit.
1.2.2
Menggunakan
1.4.2.3 Membuat rangkaian Osilator 1.4.2.4 Membuat rangkaian Driver Blower.
mikrokontroller
1.4.2.5 Membuat program untuk timer dan
ATMega328 sebagai pengolahan data. 1.2.3
Menggunakan penghasil
piezoelektrik
getaran
untuk
PWM.
sebagai memecah
partikel obat menjadi kabut. 1.2.4
Pemilihan
kecepatan
blower
(high,
medium, dan low) 2
1.5
MANFAAT PENELITIAN
1.5.1
Manfaat Teoritis
Berbeda dengan alat MDI (Metered Dose Inhaler) dan DPI (Dry Powder Inhaler) dimana alat dan obat merupakan satu
1.5.1.1 Menambah pengetahuan tentang
kesatuan.
alat elektromedik khususnya pada
Ada
bidang
peralatan
Life
support
dua
jenis
nebulizer
yang
umumnya sering digunakan:
terutama Nebulizer. 1.5.1.2 Sebagai
referensi
1)
penelitian
Nebulizer jet : menggunakan jet gas terkompresi (udara atau oksigen) untuk
selanjutnya.
memecah larutan obat menjadi aerosol. 2) 1.5.2
Manfaat Praktis
Nebulizer ultrasonik : menggunakan vibrasi ultrasonik yang dipicu secara elektronik untuk memecah larutan obat
Dengan adanya alat ini pengaturan waktu dan flowratenya dapat dikontrol dan
menjadi aerosol.
dilihat pada LCD, sehingga petugas dapat
Alat terapi inhalasi nebulizer harus
mengetahui berapa lama pemakaiaan alat
terus
dijaga
kebersihannya
untuk
tersebut untuk terapi.
menghindari pertumbuhan mikroba dan kemungkinan adanya infeksi. Sebaiknya alat nebulizer
2. TINJAUAN PUSTAKA
dicuci
setiap
setiap
selesai
digunakan atau sedikitnya sekali sehari.
Nebulizer
Instruksi dari pabrik pembuatnya harus
Alat nebulizer dapat mengubah obat
diikuti secara benar untuk menghindari
berbentuk larutan menjadi aerosol secara
kerusakan plastik pembungkusnya (Ikawati,
terus-menerus, dengan tenaga yang berasal
2007).
dari udara yang dipadatkan atau gelombang
Kelebihan
terapi
inhalasi
menggunakan nebulizer adalah tidak atau
ultrasonik. Aerosol merupakan suspensi
sedikit
berbentuk padat atau cair dalam bentuk gas
memerlukan
koordinasi
pasien,
hanya memerlukan pernapasan tidal, dan
dengan tujuan untuk menghantarkan obat ke
didalamnya
target organ dengan efek samping minimal
terdapat
campuran
dari
beberapa jenis obat (misalnya salbutamol
dan dengan keamanan dan efektifitas yang
dan ipratropium bromida). Kekurangannya
tinggi. Partikel aerosol yang dihasilkan
adalah alat ini cukup besar sehingga kurang
nebulizer berukuran antara 2-5 μ, sehingga
praktis, memerlukan sumber listrik, dan
dapat langsung dihirup penderita dengan
relatif mahal (Rahajoe, 2008).
menggunakan mouthpiece atau masker. 3
Nebulizer Ultrasonic
sesuai kebutuhan kita. Bahasa pemrograman
Alat ini menghasilkan aerosol melalui
Arduino adalah bahasa C. Tetapi bahasa ini
osilasi frekuensi tinggi dari piezo-electric
sudah dipermudah menggunakan fungsi-
crystal yang berada dekat larutan dan cairan
fungsi yang sederhana sehingga pemula pun
memecah menjadi aerosol. Keuntungan jenis
bisa mempelajarinya dengan cukup mudah.
nebulizer ini adalah tidak menimbulkan suara bising dan terus menerus dapat +5v
mengubah
larutan
menjadi
+5v +5v
J4
aerosol,
R10 220
R1 10K
2 1
+5v
CON2 D2
sedangkan kekurangan alat ini mahal dan
SW1 +
C3 10uF
R11 100k
LED
Reset J2 5 4 3 2 1
memerlukan biaya perawatan lebih besar.
Programmer
Pada
ultrasonic
nebulizer
14 15 16 17 18 19 9 10
prinsip C4
kerjanya adalah dengan mengatur tebal
Y1
serta
mengatur
waktu
yang
23 24 25 26 27 28
Pesawat
ini
yang
(RxD) (TxD) (INT0) (INT1) (T0) (T1) (AIN0) (AIN1)
PD0/0 PD1/1 PD2/2 PD3/3 PD4/4 PD5/5 PD6/6 PD7/7
2 3 4 5 6 11 12 13
(ADC0) (ADC1) (ADC2) (ADC3) (SDA) (SCL)
VCC GND AVCC AREF AGND
7 8 20 21 22
R2 10k +5v +5v
ATMEGA328 R3 20K
1
blower
menggunakan
menimbulkan
A0/PC0 A1/PC1 A2/PC2 A3/PC3 A4/PC4 A5/PC5
J5 1
driv er osi
up +5v down
piezoelektrik
8/PB0 (ICP) 9/PB1 (OC1A) 10/PB2 (OC1B) 11/PB3 (MOSI) 12/PB4 (MISO) 13/PB5 (SCK) 14/PB6 (XT1) 15/PB7 (XT2)
J6 START
diperlukan.
16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 J3
PC6 (RESET)
+5v
16MHz
22pF
C5 22pF
kabut
LCD
U2 1
R7 Q1 NPN BCE LS1
enter
suatu
RESISTOR 1 2 BUZZER
getaran akibat adanya suatu frekuensi untuk memecah
cairan
obat
menjadi
kabut.
Gambar Minimum Sistem ATM328
Frekuensi tersebut dihasilkan oleh suatu
Osilator
rangkaian osilator.
Osilator adalah suatu rangkaian yang menghasilkan keluaran yang amplitudonya
Minimum Sistem
berubah-ubah
secara
periodik
terhadap
Mikrokontroler itu sendiri adalah chip
waktu. Keluaran dapat berupa gelombang
atau IC (integrated circuit) yang bisa
sinusoidal, gelombang persegi gelombang
diprogram menggunakan komputer. Tujuan
pulsa, gelombang segitiga atau gelombang
menanamkan program pada mikrokontroler
gergaji.
adalah agar rangkaian elektronik dapat
Osilator Colpitts adalah salah satu
membaca input, memproses input tersebut
topologi osilator yang efektif digunakan
dan kemudian menghasilkan output sesuai
untuk pembangkit gelombang sinus pada
yang diinginkan.
rentang frekuensi antara 10kHz hingga 10MHz.
Karena komponen utama Arduino
Osilator
ini
menggunakan
rangkaian LC dan umpan balik positif
adalah mikrokontroler, maka Arduino pun
melalui suatu pembagi tegangan kapasitif.
dapat diprogram menggunakan komputer
Adapun beberapa bagian yang menjadi 4
syarat untuk sebuah osilator agar terjadi osilasi yaitu adanya rangkaian penguat,
Keterangan: 1. LCD 2X16.
rangkaian feedback, dan rangkaian tank
2.
Warna hijau
: untuk UP/DOWN
(timer dan pemilihan Flowrate).
circuit. suatu
3.
Warna merah 1: untuk enter.
rangkaian umpan balik yang sebagian sinyal
4.
Warna merah 2: untuk start.
keluarannya dikembalikan lagi kemasukan,
5.
Warna kuning : untuk reset.
hal ini salah satu sistem agar terjadinya
6.
Indikator merah: untuk high.
tegangan dan phase yang sama antara input
7.
Indikator biru : untuk medium.
dan output. Pada umumnya rangkaian
8.
Indikator hijau : untuk low.
Rangkaian
feedback
yaitu
feedback menggunakan komponen pasif yaitu R dan C (Malvino, 1993).
3.2 Blok Diagram
Tank circuit adalah rangkaian yang menentukan frekuensi kerja dari osilator frekuensi
pembawa
(carrier),
dengan
menggunakan komponen L dan C semakin tinggi frekuensinya maka makin kecil harga komponen yang digunakan.
Gambar Bentuk LM35 Gambar 3.2 Blok Diagram 2
METODOOGI 3.1 Blok Diagram Mekanisme
Cara Kerja Blok Diagram
Tekan tombol ON/OFF pada posisi ON untuk mengaktifkan catu daya yang terhubung ke seluruh rangkaian. Setting timer berfungsi untuk mengatur berapa lama penggunaan alat digunakan. Setting PWM pada 5
motor
blower
berfungsi
untuk
mendorong dan mengatur banyak sedikitnya
timer untuk memilih berapa lama waktu
uap
Mikrokontroller
dilakukan terapi (5 – 30 menit dengan
ATMega 328 berfungsi sebagai pengolahan
kelipatan 5 menit). Setelah itu masuk pada
data. Tampilan setting timer dan blower
pemilihan
akan ditampilkan pada display LCD 2x16.
kecepatan pada blower. Pada pemilihan
Driver
mengaktifkan
kecepatan blower High dutycycle yang
rangkaian oscilator. Rangkaian oscilator
ditentukan yaitu 100 – 80%, pada pemilihan
berfungsi sebagai pembangkit frekuensi
kecepatan blower Medium dutycycle yang
untuk
piezoelektrik.
ditentukan yaitu 70 – 50%, sedangkan pada
Piezoelektrik akan menghasilkan getaran
pemilihan kecepatan blower Low dutycycle
untuk memecah obat menjadi partikel kabut.
yang ditentukan yaitu 40 - 20%. Saat tombol
Driver blower berfungsi untuk mendorong
start
uap dan sebagai pengatur banyak sedikitnya
mengaktifkan blower yang berfungsi untuk
uap yang masuk ke mouthpiece. Apabila
mendorong dan mengatur banyak sedikitnya
timer habis maka buzzer akan berbunyi.
uap yang masuk ke mouthpiece. Driver
3.3 Diagram Alir
oscilator mengaktifkan rangkaian oscilator
yang
dibutuhkan.
oscilator
akan
mengaktifkan
selanjutnya
ditekan
driver
yaitu
pemilihan
blower
bekerja
dan mengaktifkan piezoelektrik sehingga terjadi pemecahan obat menjadi partikelpartikel
kabut.
Timer
bekerja
untuk
menghitung berapa lama waktu penggunaan. Ketika timer habis, proses pengobatan akan berhenti dan buzzer berbunyi.
3
ANALISA DATA Tabel 4.1 pengukuran tegangan Rangkaian Driver Osilator Tegangan dari
Vb
Mikro (Volt)
(Volt)
0
0.02
0 .02
OFF
1
4.76
0.76
ON
Logika
Gambar 3.3 Diagram Alir Pengirim
Saat pertama kali alat dihidupkan, display LCD akan menampilkan judul alat dan nama pembuat. Selanjutnya setting 6
Osilator
oscilator 4.2
berfungsi
sebagai
pembangkit
Hasil Gelombang Osilator terhadap
frekuensi untuk mengaktifkan piezoelektrik.
Osiloskop
Piezoelektrik akan menghasilkan getaran untuk memecah obat menjadi partikel kabut. Driver blower berfungsi untuk mendorong uap dan sebagai pengatur banyak sedikitnya uap yang masuk ke mouthpiece. Apabila timer habis maka buzzer akan berbunyi. Pada driver blower tegangan tang diperlukan untuk mengaktifkan blower adalah 12VDC, dan diatur kecepatannya dengan PWM. Duty cycle yang dikehendaki saat high (100-80%), saat medium (70-50%) dan low
4
PEMBAHASAN
(40-20%).
5.1 Rangkaian Keseluruhan
Hasil Gelombang PWM saat Flowrate +5v
+5v +5v
J4 R10 220
R1 10K
2 1
+5v
CON2 D2 +
C3 10uF
R11 100k
LED
SW1 Reset J2 5 4 3 2 1
C4
14 15 16 17 18 19 9 10
Y1
16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 J3
PC6 (RESET) 8/PB0 (ICP) 9/PB1 (OC1A) 10/PB2 (OC1B) 11/PB3 (MOSI) 12/PB4 (MISO) 13/PB5 (SCK) 14/PB6 (XT1) 15/PB7 (XT2)
(RxD) (TxD) (INT0) (INT1) (T0) (T1) (AIN0) (AIN1)
PD0/0 PD1/1 PD2/2 PD3/3 PD4/4 PD5/5 PD6/6 PD7/7
2 3 4 5 6 11 12 13 +5v
16MHz
22pF
LCD
U2 1
Programmer
23 24 25 26 27 28
C5 22pF
A0/PC0 A1/PC1 A2/PC2 A3/PC3 A4/PC4 A5/PC5
(ADC0) (ADC1) (ADC2) (ADC3) (SDA) (SCL)
VCC GND AVCC AREF AGND
7 8 20 21 22
R2 10k +5v +5v
ATMEGA328
J5 J6 1
START
R3 20K
1
blower
driv er osi
up +5v down
High
R7 Q1 NPN BCE LS1
enter RESISTOR
1 2 BUZZER
Gambar 4.2 bentuk gelombang yang
Tekan tombol ON/OFF pada posisi ON untuk mengaktifkan catu daya yang
dihasilkan saat flowrate high
terhubung ke seluruh rangkaian. Setting timer
Hasil Gelombang PWM saat Flowrate
berfungsi
Medium
untuk
mengatur
berapa
lama
penggunaan alat digunakan. Setting PWM pada motor blower berfungsi untuk mendorong dan mengatur dibutuhkan.
banyak
sedikitnya
Mikrokontroller
uap
ATMega
yang 328
berfungsi sebagai pengolahan data. Tampilan setting timer dan blower akan ditampilkan pada display LCD 2x16. Driver oscilator akan mengaktifkan rangkaian oscilator. Rangkaian 7
Gambar 4.2 bentuk gelombang yang
4.
Berdasarkan hasil pengukuran, timer stabil.
dihasilkan saat flowrate medium
5.
Berdasarkan
hasil
pengukuran,
pada
rangkaian driver osilator ketika mikro
Hasil Gelombang PWM saat Flowrate
mengeluarkan logika 1 yaitu 5V maka relay
Low
akan bekerja. Saat mikro mengeluarkan logika 0 yaitu 0V maka relay akan mati. 6.
Berdasarkan pengukuran driver blower ketika mikro mengeluarkan logika 0 yaitu 0V maka blower akan mati. Saat mikro mengeluarkan logika 1 yaitu 5V maka blower akan bekerja.
6.2 Saran
Gambar 4.2 bentuk gelombang yang
1) Dapat
dihasilkan saat flowrate low
memperbanyak
kabut
yang
dihasilakn 2) Desain yang lebih minimalis.
Tabel pengukuran Timer
3) Meminimalkan
penggunaan
tombo,
perbanyak software. 4) Tegangan yang di dapat osilator lebih di stabilkan.
DAFTAR PUSTAKA
Alissa, Ridha Mustika. 2013. Hubungan Antara 6.1 1.
Self-efficacy Dalam Mencegah Serangan
Kesimpulan.
Asma
Setelah melakukan percobaan, didapatkan
Stress
Mahasiswa.Universitas
hasil bahwa pada rangkaian mikrokontroler
Pada Pendidikan
Indonesia.
ketika tegangan input sebesar 5v maka dapat diatur untuk memasukkan menghapus
2.
Dengan
Afifah.
Terapi
Inhalasi
Asma
Bronkial.
program.
http://staff.ui.ac.id/system/files/users/afifa
Berdasarkan hasil pengukuran, pada timer
h/material/terapiinhalasiasmabronkial.pdf
didapatkan
(diakses tanggal 5 Desember 2015).
nilai
error
rata-rata
yaitu
±0,0038%. 3.
Artikel
Berdasarkan hasil pengukuran pada osilator didapatkan
frekuensi
osilator
Kesehatan,
2010.
Terapi
Inhalasi
Respiratory.
adalah
https://dokmud.wordpress.com/2010/06/0
1,7MHz. 8
3/terapi-inhalasi-respiratory/
(diakses
sonic-nebulizer.html (diakses tanggal 5
tanggal 6 Desember 2015).
Desember 2015).
Depok, instrument, 2012. PWM (Pulse Width
Dwi,
---,
2010.
Specification
LCD
Modulation).
www.engineersgarage.com/electronic-
https://depokinstruments.com/?s=pwm
componrnts/16x2lcd-module-datasheet,
(diakses tanggal 23 Mei 2016)
tanggal 19 September 2015.
Hidayah
Nurul,
2014.
Ultrasonic
---,
2014.
Definisi
2x16.
Piezoelektrik.
Nebulizer.
https://id.wikipedia.org/wiki/Piezoelektrik
http://dwinurulhidayah2.blogspot.co.id/20
(diakses tanggal 10 Desember 2015)
14/01/nebulizer.html (diakses tanggal 5 Desember 2015)
BIODATA PENULIS
Erly, 2014. Modifikasi Nebulizer Piezoelektrik Dilengkapi Flowrate
Timer
dan
Berbasis
Pemilihan
Mikrokontroller.
Tugas akhir tidak diterbitkan. Prodi D-3, Teknik Elektromedik Surabaya, Surabaya. Ely,
Ernawati.
2012.
Nebulizer.
http://elyernawati.blogspot.co.id/2012/06/ nebulizer.html
(diakses
tangggal
6
Desember 2015). Hasbullah, marwan. 2015. Penyakit Pernapasan (ASMA).
http://dokumen.tips/health-
medicine/penyakit-pernafasan-asma.html (diakses tanggal 6 Desember 2015). Pambudi, Wahyu. 2010, Sensor Quatz Crystal Microbalance
(QCM).
http://digitronways.blogspot.co.id/2010/0 2/sensor-qcm.html (diakses tanggal 7 Desember 2015). Triwiyanto,
2013.
Modul
Pelatihan
Mikrokontroller AVR. ---,
2013.
Ultrasonic
Nebulizer.
http://kima25.blogspot.co.id/2013/07/ultra
9
Nama
: Rida Yuanita A.
NIM
: P27838013039
TTL
: Sidoarjo, 6 Juni 1995
Alamat
: PERUM Bluru Permai, Sidoarjo
Pendidikan
: SMAN 3 Sidoarjo
10
