PERANCANGAN ALAT PEMANTAU TEKANAN DAN KONSENTRASI OKSIGEN UDARA PERNAFASAN BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega32
Diajukan guna melengkapi sebagian syarat dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Disusun Oleh : Nama : Prayudi Rizki Vidian NIM : 41406110136
FAKULTAS TEKNIK INDUSTRI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS MERCUBUANA JAKARTA 2012
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini,
Nama
: Prayudi Rizki Vidian
NIM
: 41406110136
Jurusan
: Teknik Elektro
Fakultas
: Teknik Industri
Judul Skripsi : Perancangan Alat Pemantau Tekanan dan Konsentrasi Oksigen Udara Pernafasan berbasis Mikrokontroler ATmega32
Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan skripsi yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata di kemudian hari penulisan skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain , maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana. Demikian , pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan. Penulis, Materai Rp. 6000 (Prayudi Rizki Vidian)
LEMBAR PENGESAHAN
Perancangan Alat Pemantau Tekanan Dan Konsentrasi Oksigen Udara Pernafasan Berbasis Mikrokontroler ATMEGA32
Disusun Oleh: Nama
: Prayudi Rizki Vidian
NIM
: 41406110136
Jurusan
: Teknik Elektro
,
ABSTRAK
Perancangan Alat Pemantau Tekanan Dan Konsentrasi Oksigen Udara Pernafasan Berbasis Mikrokontroler ATMEGA32
Pemantauan konsentrasi oksigen pada pasien-pasien di rumah sakit yang sedang berada dalam dalam perawatan dengan menggunakan unit ventilator sangatlah penting, terutama dalam prosedur pembiusan di dalam operasi karena adanya penggunaan campuran gas nitrous oxide (N2O) sebagai analgesik dengan gas oksigen (O2) yang dapat mengakibatkan terjadinya kondisi campuran gas yang hypoxic atau kondisi campuran gas yang menghasilkan konsentrasi oksigen lebih rendah daripada 21 vol.% O2 yang dapat membahayakan bagi pasien dan bahkan dapat mengakibatkan kematian. Representasi grafik tekanan dari udara pernafasan pada pasien-pasien yang sedang dalam perawatan medik dengan menggunakan unit ventilator juga akan sangat berguna dalam membantu operator peralatan tersebut dalam melakukan analisa kondisi pasien, seperti perubahan kondisi mekanik paru-paru pasien seperti perubahan tahanan dan perubahan elastisitas paru-paru maupun jalur pernafasan pasien. Selain itu representasi grafik dari tekanan udara pernafasan pasien juga dapat membantu operator dalam melakukan pengaturan parameter pasien yang tepat, seperti pengaturan parameter akselerasi tekanan, seperti ramp atau rise time. Pada peralatan–peralatan medik terbaru fitur pemantauan konsentrasi oksigen dan representasi grafik dari tekanan udara pernafasan merupakan fitur standar, namun pada peralatan-peralatan berteknologi lama hal ini belum tersedia. Pada kondisi saat ini di Indonesia masih banyak terdapat populasi peralatan medik berteknologi lama yang digunakan dalam perawatan kesehatan yang masih mengandalkan system kopling mekanik sebagai pengaman. Hal ini kemudian melatarbelakangi penulis untuk merancang alat elektronik pemantau tekanan dan konsentrasi oksigen udara pernafasan dengan berbasis mikrokontroler ATMEGA32 sebagai alat tambahan yang dapat digunakan pada peralatanperalatan berteknologi lama tersebut untuk meningkatkan faktor keamanannya dengan adanya sistem monitoring dan alarm, serta dengan tetap memperhatikan aspek biaya yakni dengan biaya yang ekonomis.
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan segala berkah, petunjuk dan hidayah-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul : “PERANCANGAN ALAT PEMANTAU TEKANAN DAN KONSENTRASI OKSIGEN UDARA PERNAFASAN BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega32”
Dengan terselesaikannya penulisan akhir ini, maka terpenuhilah tugas akhir dalam menyelesaikan pendidikan di Jurusan Teknik Elektro Universitas Mercubuana. Tidak lupa ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya penulis sampaikan kepada : 1. Papah, mamah, kakak, Natrie yang telah memberikan motivasi dan dorongan sepenuhnya untuk penyelesaian tugas akhir ini. 2. Bapak Ir. Yudhi Gunardi, MT, selaku Ketua Program Studi Jurusan Teknik Elektro PKK Universitas Mercu Buana. 3. Bapak Ir. Eko Ihsanto, M.Eng, selaku pembimbing tugas akhir ini. 4. Rekan-rekan kerjaku di PT. Dos Ni Roha serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih atas bantuannya selama ini. Penulis menyadari bahwa karya tugas akhir ini masih memerlukan banyak penyempurnaan, dan oleh sebab itu segala kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat diharapkan untuk perbaikan tugas akhir ini.
Tangerang, 27 Agustus 2012
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman Judul ………………………………………………………………
i.
Halaman Pernyataan ………………………………………………………..
ii.
Halaman Pengesahan ……………………………………………………….
iii.
Abstrak ……………………………………………………………………...
iv.
Kata Pengantar ……………………………………………………………...
v.
Daftar Isi ……………………………………………………………………
vi.
Daftar Tabel ………………………………………………………………...
viii.
Daftar Gambar ………………………………………………………………
ix.
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ………….…..………………………………
1
1.2 Perumusan Masalah .…….………………………………….
2
1.3 Batasan Masalah ……………………………………………
2
1.4 Tujuan Penulisan ……………………………………………
3
1.5 Metode Penelitian ……..……………………………………
3
1.6 Sistematika Penulisan ………………………………………
4
LANDASAN TEORI 2.1 Mikrokontroler atmel ATmega32 …………………………..
5
2.1.1 Port Input/Output …………………………………….
6
2.1.2 Konverter ADC 10 bit ………………………………..
10
2.1.3 Timer/Counter ………………………………………...
26
2.1.4 Interupsi ……………………………………………….
34
2.2 Penguat Operasional ..………………………………………
42
BAB III
BAB IV
BAB V
2.2.1 Penyangga/ Pengikut tegangan …………………….....
43
2.2.2 Penguat Non Inverting ………………………………..
44
2.2.3 Penguat Instrumentasi …….…………………………..
45
2.3 Sensor Tekanan DCXL30DN……………………………….
46
2.4 Sensor Oksigen OOM202 ..…………………………………
48
2.5 Modul LCD grafik LM1264 …..……………………………
50
2.6 LCD Character 4 x 16 ………………………………………
52
PERANCANGAN 3.1 Rangkaian Pengkondisi Sensor Tekanan …………………...
54
3.2 Rangkaian Pengkondisi Sensor Oksigen …………………...
57
3.3 Rangkaian CPU dengan Mikrokontroler ATmega32 ………
60
3.4 Rangkaian Catu Daya …………………………………........
61
3.5 Perancangan Perangkat Lunak ……………………………...
63
PENGUJIAN ALAT 4.1 Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sensor Tekanan ………..
65
4.2 Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sensor Oksigen ………..
66
4.3 Pengujian Sistem Alarm ……………………………………
67
PENUTUP 5.1 Kesimpulan …………………………………………………
68
5.2 Saran ………………………………………………………..
68
Daftar Pustaka ………………………………………………………………
70
Lampiran
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Konfigurasi pin-pin port ATmega32
9
Tabel 2.2
Waktu konversi ADC
17
Tabel 2.3
Mode tegangan referensi
20
Tabel 2.4
Pemilihan jalur masukan / channel dan penguatan ADC
21
Tabel 2.5
Pilihan prescaler ADC
23
Tabel 2.6
Pilihan sinyal pemicu konversi otomatis
25
Tabel 2.7
Register TIMSK dan fungsinya
29
Tabel 2.8
Register TIFR dan fungsinya
30
Tabel 2.9
Register TCCR1B dan fungsinya
31
Tabel 2.10
Deskripsi fungsi mode pembangkit gelombang
31
Tabel 2.11
Deskripsi fungsi bit pemilihan clock
32
Tabel 2.12
Vektor interupsi dan reset
34
Tabel 2.13
Deskripsi bit pendeteksian interupsi INT1 bit 1 dan bit 0
36
Tabel 2.14
Deskripsi bit pendeteksian interupsi INT0 bit 1 dan bit 0
37
Tabel 2.15
Lebar pulsa minimum untuk membangkitkan interupsi
38
eksternal Tabel 2.16
Spesifikasi sensor tekanan DCXL
47
Tabel 2.17
Daftar Instruksi LCD LM12864
51
Tabel 2.18
Daftar Instruksi pada modul LCD character 4x16
53
Tabel 4.1
Hasil pengujian rangkaian pengkondisi sensor tekanan
65
Tabel 4.2
Hasil pengujian rangkaian pengkondisi sensor oksigen
67
Tabel 4.3
Hasil pengujian system alarm
67
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Arsitektur mikrokontroler ATmega32
5
Gambar 2.2
Port input/output digital umum
7
Gambar 2.3
Blok Diagram ADC 10 bit
11
Gambar 2.4
Pilihan sumber pemicu konversi ADC otomatis
14
Gambar 2.5
Prescaler dan pewaktuan konversi ADC
15
Gambar 2.6
Register ADMUX
19
Gambar 2.7
Register ADCSRA
22
Gambar 2.8
Susunan data register ADC sesuai bit ADLAR
24
Gambar 2.10
Blok diagram timer/counter 16 bit
27
Gambar 2.11
Register timer TCNT1
28
Gambar 2.12
Register TIMSK
28
Gambar 2.13
Register TIFR
29
Gambar 2.14
Register TCCR1B
30
Gambar 2.15
Register MCUCR
35
Gambar 2.16
Register flag interupsi umum
39
Gambar 2.17
Register status SREG
40
Gambar 2.18
Simbol penguat operational dan kemasannya
42
Gambar 2.19
Rangkaian penyangga/pengikut tegangan
43
Gambar 2.20
Rangkaian penguat non inverting
44
Gambar 2.21
Rangkaian penguat instrumentasi
45
Gambar 2.22
Sensor tekanan DCXL30DN
46
Gambar 2.23
Sensor oksigen OOM202
49
Gambar 2.24
Blok diagram modul LCD Grafik LM12864
50
Gambar 2.25
Peta memori tampilan LM12864
51
Gambar 2.26
Blok diagram LCD character 4 x 16
52
Gambar 2.27
Peta alamat DDRAM
52
Gambar 3.1
Blok diagram alat pemantau tekanan dan konsentrasi
54
oksigen Gambar 3.2
Rangkaian pengkondisi sensor tekanan
55
Gambar 3.3
Rangkaian pengkondisi sensor oksigen
58
Gambar 3.4
Rangkaian CPU dengan mikrokontroler ATmega32
60
Gambar 3.5
Rangkaian catu daya
62
Gambar 3.6
Diagram alir program utama
63
