PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PENGUKUR TEKANAN DARAH MENGGUNAKAN SENSOR MPX5050DP BERBASIS PC
LAPORAN TUGAS AKHIR
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat untuk Menyelesaikan Pendidikan Diploma 3 oleh :
DEWI PRATIWI NIM : 1105061014 14
LINCE SIRAIT NIM : 1105061028
PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis sampaikan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat dan kasih-Nya kepada penulis, sehingga penulis mampu menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Laporan yang berjudul “Perancangan dan Pembuatan Alat Pengukur Tekanan Darah Menggunakan Sensor MPX5050DP Berbasis PC“ ini dimaksudkan sebagai syarat untuk menyelesaikan program pendidikan Diploma 3 Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Medan. Dalam penulisan laporan ini, penulis banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik berupa material, spiritual, informasi maupun sumbangan
pemikiran.
Oleh
sebab
itu,
pada
kesempatan
ini
penulis
menyampaikan rasa terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan material, spiritual maupun bimbingan, terutama kepada : 1. M. Syaruddin, ST, MT, selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Junaidi, ST, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan 3. Ir. Suhaili Alifuddin, M.Eng, selaku Ketua Program Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Medan. 4. Ir. Regina Sirait, MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak membantu dan membimbing dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 5. Ir. Elferida Hutajulu, MT, selaku Dosen Wali Kelas TK-6B. 6. Seluruh Staf Pengajar Politeknik Negeri Medan khususnya Staf Pengajar di Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Telekomunikasi. 7. Teristimewa orangtua dan seluruh keluarga penulis yang terkasih yang telah membantu dan memberikan dukungan baik moril, spiritual maupun materiil. 8. Rekan–rekan seperjuangan prodi Telkom kelas 6B, 6A, 6C, dan 6D yang telah banyak memberikan dukungan kepada penulis.
iii
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih memiliki keterbatasan dalam segala hal sehingga banyak kekurangan dalam penyusunannya. Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan laporan tugas akhir ini. Penulis berharap semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya.
Medan, 1 September 2014 Hormat kami,
Penulis
iv
ABSTRAK
Dalam tugas akhir ini, akan dirancang dan dibuat alat pendeteksi tekanan darah yang dapat digunakan dengan mudah dan efisien. Sistem pendeteksi tekanan darah ini menggunakan sensor MPX5050DP sebagai pendeteksi tekanan darah dan menggunakan mikrokontroller ATMega8535 sebagai pengolah datanya. Proses pengukuran dilakukan dengan gelang balon yang dipasang dipergelangan tangan, kemudian memompa secara otomatis dengan menekan tombol reset sampai pada tekanan tertentu yang selanjutnya baru dilakukan pengukuran tekanan darah. Prinsip kerja sistem ini hampir sama dengan tensimeter pada umumnya menampilkan data Sistole/Diastole dengan standard tekanan darah 120/80 mmHg, hanya saja proses pengoperasiannya dilakukan secara otomatis dan hasilnya dalam bentuk suara. Sistem yang dibuat dapat digunakan untuk mengukur tekanan darah pada orang dewasa. Seluruh hasil pengukuran tersebut ditampilkan dalam bentuk suara lewat speaker sehingga sangat membantu para penyandang tuna netra dan juga ditampilkan pada monitor menggunakan program Visual Basic 6.0.
Kata kunci : Sensor MPX5050DP, ATMega8535, Visual Basic 6.0.
v
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN ………………………………………....
i
LEMBAR PENGESAHAN …....…………………………….…….....
ii
KATA PENGANTAR ……………………………………………......
iii
ABSTRAK …………………………………………………….………
v
DAFTAR ISI ……………………………………………….….……...
vi
DAFTAR GAMBAR ……………………………………….……..….
x
DAFTAR TABEL …………………………………………….……....
xii
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang ..............………….…………….....….....
1
1.2
Rumusan Masalah .............……………..………….........
3
1.3
Batasan Masalah ................………………..………........
4
1.4
Tujuan .............…………………….……........................
4
1.5
Manfaat .............................……………………...…........
4
1.6
Teknik Pengumpulan Data ...............……………....…...
5
1.7
Sistematika Penulisan........................................................
5
BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1
Tekanan Darah..................................................................
7
2.2
Tensimeter Analog............................................................
10
2.3
Sensor MPX5050DP........................................................
11
2.4
Mikrokontroller ATMega8535 ……………………........
12
2.5
Fitur-fitur Mikrokontroller AVR ATMega 8535..............
13
2.6
Konfigurasi Pin Mikrokontroller AVR ATMega8535.....
13
vi
2.7
Blok Diagram Mikrokontroller AVR ATMega85355.....
21
2.7.1 Organisasi Memori ……………………….................…
23
2.7.2 Memori Program …………………………............…...
23
2.7.3 Memori Data ……………………….……............….....
24
2.7.4 I/O Port......................…………………...............…….
25
2.8
Komunikasi Data Sserial ………………………….........
26
2.8.1 Karakteristik Sinyal 232.................................................
27
2.8.2 Konfigurasi Pin RS 232…..…………………….......….
28
2.9
Rangkaian Driver..............................................................
31
2.9.1 Transistor........................................................................
32
2.9.2 Resistor...........................................................................
33
2.10 Catu Daya..........................................................................
34
2.11 Kapasitor...........................................................................
35
2.12 Osilator Kristal..................................................................
36
2.13 Motor DC..........................................................................
37
2.14 Personal Computer (PC)...................................................
37
2.14.1 CPU...............................................................................
37
2.14.2 Monitor...........................................................................
38
2.14.3 Speaker...........................................................................
38
2.11 Bahasa Pemograman CV AVR.........................................
38
2.12. Visual Basic 6.0................................................................
39
BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM 3.1 Diagram Blok ……………………………………...….....
40
3.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) ……………...
41
vii
3.2.1 Rangkaian Sensor MPX5050DP ………………............
41
3.2.2 Mikrokontroller...............................................................
42
3.2.3 Interface................................................………...........…
43
3.2.4 Driver ……...…………..................................................
44
3.2.5 Pompa Udara........ ……………………………..............
44
3.2.6 Klep...................................................................................
45
3.2.7 Komputer..........................................................................
45
3.2.8 Rangkaian Keseluruhan....................................................
46
3.3 Perancangan Perangkat Lunak (Software) …………........
47
3.3.1 Flowchart Program ………………..…………...............
48
3.3.2 Proses Pembuatan Bahasa C AVR ………………...….
50
3.3.3 Proses Pembuatan Program Visual Basic.........................
58
3.4 Perancangan PCB ………………..…………….………...
65
3.5 Pembuatan Sistem …………………………………...…..
65
3.5.1 Layout PCB ……………………………………............
65
3.6.2 Pembuatan PCB ………………………………..............
66
3.6.3 Layout Komponen …………………………..................
66
3.6.4 Penyolderan Komponen ……………………….............
67
3.6.5 Perakitan (Assembling) …………………………...........
67
BAB 4 PENGUKURAN DAN ANALISA 4.1 Pengukuran Sensor MPX5050DP ……………………...
68
4.2 Pengukuran Mikrokontroller AT89S51 ………..............
69
4.3 Pengukuran Rangkaian Regulator ………………............
70
4.1.1 Pengukuran Rangkaian Motor DC ……….....................
71
viii
4.1.2 Pengukuran Rangkaian Keseluruhan ………...….........
72
4.2 Analisa Software ……………………………..................
73
BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan ………………………………………………..
90
5.2 Saran ……………………………………………………
91
DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………......
92
LAMPIRAN..........................................................................................
93
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
2.1
Skematik Rangkaian Sensor MPX5050DP..................................
11
2.2a
Konfigurasi Pin AVR ATMega8535............................................
20
2.2b
Bentuk Fisik AVR ATMega8535.................................................
20
2.3
Blok Diagram Mikrokontroller ATMega8535.............................
21
2.4
X-, Y-, dan Z-register...................................................................
22
2.5
Memori Program ATMega8535...................................................
24
2.6
Pemetaan Data Memori................................................................
25
2.7
Konektor DB9 Pada Bagian Belakang CPU................................
29
2.8
Rangkaian Transistor Sebagai Penguat Arus...............................
32
2.9
Rangkaian Transistor Sebagai Saklar...........................................
33
2.10
Simbol Kapasitor...........................................................................
35
2.11
Rangkaian Ekivalen Kristal...........................................................
35
2.12
Simbol Motor DC.........................................................................
36
2.13
Simbol Speaker (Pengeras Suara).................................................
37
3.1
Diagram Blok Rancangan Pengukur Tekanan Darah...................
40
3.2
Rangkaian Sensor MPX5050DP..................................................
42
3.3
Rangkaian Mikrokontroller .........................................................
43
3.4
Rangkaian Driver dan Pompa Udara............................................
44
3.5
Rangkaian Alat Pengukur Tekanan Darah Menggunakan
x
Mikrokontroller ATMega8535 Berbasis PC................................
46
3.6
Flowchart Program Visual Basic..................................................
48
3.7.
Flowchart Mikrokontroller ATMega8535....................................
49
3.8
Kotak Dialog Membuat Projek Baru............................................
50
3.9
Kotak Dialog membuat Projek pada Code Wizard AVR.............
51
3.10
Kotak Dialog menentukan Clock menjadi 4 MHz.......................
51
3.11
Kotak Dialog Ikon USART..........................................................
52
3.12
Kotak Dialog ADC Enable............................................................
53
3.13
Kotak Dialog Port B.....................................................................
53
3.14
Layout PCB..................................................................................
66
4.1
Pengukuran Sensor MPX5050DP................................................
68
4.2
Pengujian Rangkaian Regulator....................................................
70
4.3
Pengukuran Rangkaian Motor DC...............................................
71
xi
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
2.1
Klasifikasi Tingkat Tekanan Darah menurut WHO.....................
2.2
Klasifikasi Tekanan Darah Pada Orang Dewasa > 18 tahun
8
Menurut Joint National Committee on Prevention, Detection, Evaluation, and treatment of High Blood Pressure / JNC VI...... 2.3
9
Klasifikasi Tekanan Darah Pada Orang Dewasa > 18 tahun Menurut Joint National Committee on Prevention, Detection, Evaluation, and Treatment of High Blood Pressure / VII...........
9
2.4
Port B Pin dengan fungsi alternatif...............................................
15
2.5
Melebihi Sinyal Untuk Fungsi Alternatif di PB7...PB4...............
16
2.6
Port D Pin dengan Fungsi Alternatif.............................................
17
2.7
Melebihi Sinyal Untuk Fungsi Alternatif PD7...PD4...................
18
2.8
Melebihi Sinyal Untuk Fungsi Alternatif PD3...PD0..................
18
2.9
Konfigurasi Setting Untuk Port I/O..............................................
25
2.10
Nama Register Yang Digunakan Beserta Alamatnya...................
30
2.11
Angka Pembagi Clock Pada IC UART........................................
31
4.1
Pengukuran Tegangan Pada Sensor MPX5050DP......................
68
4.2
Pengukuran Sistem Minimum ATMega8535..............................
69
4. 3
Pengukuran Tegangan Pada Rangkaian Regulator.......................
70
4.4
Pengukuran Tegangan Pada Motor DC........................................
71
4.5
Hasil Pengukuran Tekanan Darah................................................
72
xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah
Tekanan darah adalah daya dorong ke semua arah pada seluruh permukaan yang tertutup pada dinding bagian dalam jantung dan pembuluh darah. Aksi pemompaan jantung memberikan tekanan yang mendorong darah melewati pembuluh-pembuluh. Darah yang mengalir dari sistem pembuluh tertutup karena ada perbedaan tekanan atau gradien tekanan antara ventrikel kiri dan atrium kanan. Denyut nadi adalah denyutan arteri dari gelombang darah yang mengalir melalui pembuluh darah sebagai akibat dari denyutan jantung, denyut nadi sering diambil dipergelangan tangan untuk memperkirakan denyut jantung. Denyut nadi dapat dengan mudah diperiksa dengan jari tangan atau dengan cara palpasi, disamping itu dapat pula ditentukan dengan menggunakan cara peralatan elektronik yang sederhana maupun modern. Salah satu permasalahan kesehatan yang sering menimpa masyarakat di Indonesia adalah masalah hipertensi. Permasalahan yang sering diabaikan dan dianggap remeh oleh masyarakat, namun mempunyai akibat yang sangat buruk. Akibat fatal dari permasalahan hipertensi bisa berujung pada kematian. Biasanya seseorang akan mulai memperhatikan masalah hipertensi ketika ada saudara ataupun keluarga dekatnya yang meninggal akibat serangan jantung ataupun lumpuh karena stroke sebagai komplikasi dari hipertensi. Hipertensi biasanya tidak menampakkan gejala apapun dan menyerang orang tanpa disadari. Oleh karena itu, hipertensi sering disebut sebagai “Pembunuh Tersembunyi” atau“The Silent Killer”. Di masyarakat, hipertensi sudah umum diketahui sebagai tekanan darah tinggi yang sering di identikkan dengan orang yang sering marah-marah dan pusing. Lebih jauh, tekanan darah adalah tekanan pada pembuluh nadi dari peredaran darah sistemik di dalam tubuh. Menurut National Heart, Liang, and Blood Institute (NHLBI), seseorang dikatakan hipertensi jika tekanan darahnya di
1
2
atas normal yaitu tekanan sistoliknya 140 mmHg atau lebih dan tekanan diastoliknya di atas 90 mmHg atau lebih. Biasanya, seseorang mengetahui dirinya hipertensi setelah memeriksakan tekanan darahnya, dan ketika penderita hipertensi datang ke doker umumnya sudah parah karena tidak tahu dirinya mengidap hipertensi atau tidak. Tekanan darah dapat diketahui dan diukur menggunakan alat yang disebut tensimeter atau sphygmomanometer berkebangsaan
yang
Austria,
ditemukan Samuel
oleh
Siegfried
seorang Karl
fisikawan Ritter
von
yahudi Basch.
Sphygmomanometer berasal dari dua kata, yaitu Sphygmo (Yunani) yang berarti detak dan manometer yang berarti pengukur tekanan. Tensimeter yang sering digunakan beberapa waktu yang lalu adalah tensimeter merkuri. Tensimeter ini menggunakan merkuri atau air raksa dalam tabung berskala sebagai penunjuk hasil pengukurannya. Pengambilan data dilakukan secara manual oleh pemeriksa itu sendiri dengan bantuan stetoskop. Menggunakan stetoskop tersebut, tekanan sistolik dan tekanan diastolik pada pasien dapat diketahui. Hasil pengukuran tersebut dapat menunjukkan apakah pasien tersebut menderita hipertensi, hipotensi, atau normal. Memiliki tensimeter sendiri di rumah, dan melakukan pemeriksaan tekanan darah secara berkala, maka dampak buruk akibat hipertensi akan berkurang karena bisa dilakukan pencegahan-pencegahan sebelum hipertensi menjadi lebih parah. Sementara tidak semua orang bisa menggunakan tensimeter secara baik dan benar, karena dibutuhkan pengetahuan yang cukup agar dapat menggunakan dan membaca hasil pengukuran dari tensimeter. Pada era globalisasi ini, kini dikenal tensimeter digital. Tensimeter ini lebih praktis dibandingkan dengan tensimeter merkuri. Menggunakan tensimeter digital memungkinkan pemeriksa cukup menyalakan alat tersebut kemudian memompa manset untuk mengetahui tekanan darahnya. Tekanan darah akan terukur dengan sendirinya oleh alat dan tekanan sistolik maupun diastolik ditampilkan dalam bentuk angka pada layar LCD. Meskipun sudah jauh lebih mudah dalam hal penggunaannya, masih saja terdapat kendala. Salah satu kendala yang sering dijumpai adalah kurangnya pengetahuan tentang apa itu tekanan sistolik dan diastolik. Proses pemeriksaan
3
tekanan darah sudah bisa dilakukan dan didapatkan hasil berupa tekanan sistolik dan diastolik yang tertampil pada layar LCD tensimeter, namun pemeriksa itu sendiri belum bisa mengetahui apakah dirinya termasuk hipotensi (darah rendah), normal atau hipertensi (darah tinggi) karena kurangnya pemahaman tentang konversi dari nilai sistolik dan diastolik yang didapat, dan juga tidak semua orang bisa memakainya termasuk penyandang tuna netra. Melihat realita yang terjadi, penulis ingin mengembangkan tensimeter digital yang telah ada agar lebih maksimal fungsi dan pemakaiannya. Selain dapat mengukur tekanan darah secara otomatis tanpa harus mengetahui konversi dari tekanan sistolik dan diastolik, penulis ingin menambahkan informasi pada hasil pengukuran yang didapat dalam bentuk suara yang dikeluarkan lewat speaker tanpa menampilkan hasil pengukuran pada LCD untuk membantu para penyandang tuna netra.. Atas dasar permasalahan tersebut maka penulis melakukan penelitian untuk membuat alat yang diberi nama “PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PENGUKUR TEKANAN DARAH MENGGUNAKAN SENSOR MPX5050DP BERBASIS PC”. Dengan rancangan yang disiapkan sedemikian rupa, penulis berharap alat ini nantinya akan mempunyai kegunaan yang lebih efektif dan informatif.
1.2
Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah:
1.
Bagaimana merancang dan membuat alat pengukur tekanan darah menggunakan sensor MPX5050DP berbasis PC
2.
Bagaimanakah cara kerja sensor ini mendeteksi tekanan darah pada tubuh manusia
3.
Bagaimana cara alat menghasilkan suara setelah melakukan pengukuran
4
1.3
Batasan Masalah
Adapun batasan masalah yang akan dibahas adalah: Rancangan masih berupa proto tipe atau rancangan awal sehingga tingkat ketelitian masih rendah dan masih banyak kelemahan. Rancangan menggunakan PC untuk proses output suara yang diprogram dengan menggunakan Visual Basic (VB 6.0) Alat ini hanya dapat digunakan untuk usia dewasa yaitu usia 18 tahun sampai usia 40 tahun.
1.4
Tujuan Adapun tujuan dari pembuatan Tugas Akhir adalah: 1.
Untuk merancang dan membuat alat pengukur tekanan darah menggunakan sensor MPX5050DP berbasis PC.
2.
Mengetahui pengaruh posisi tubuh terhadap denyut nadi dan tekanan darah.
1.5
Manfaat
Tugas akhir ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1.
Dapat dibuat pengukur tekanan darah dengan sensor MPX5050DP.
2.
Memudahkan pemiliknya untuk melakukan pengukuran tekanan darah sendiri.
3.
Dapat memaparkan cara kerja sensor tekanan sebagai pengukur tekanan darah.
5
1.6
Teknik pengumpulan data Data mengenai perancangan dan pembuatan pengukur tekanan darah
menggunakan sensor MPX5050DP ini diperoleh penulis dengan berbagai cara. Cara yang dilakukan penulis adalah :
1.
Melakukan studi kepustakaan (literatur);
2.
Mengadakan konsultasi dan bimbingan dari dosen pembimbing;
3.
Berperan pada buku pedoman perancangan sensor MPX5050DP;
4.
Perancangan dan pembuatan alat.
1.7
Sistematika Penulisan
BAB 1. PENDAHULUAN Berisikan tentang latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah, metode pembahasan dan sistematika penulisan laporan.
BAB 2. LANDASAN TEORI Bab ini berisi tentang teori tekanan darah dan tensimeter analaog yang digunakan sebagai bahan acuan dalam pembuatan rancangan alat untuk proyek tugas akhir, serta komponen yang perlu diketahui untuk mempermudah dan memahami proses kerja alat ini.
BAB 3. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM Berisikan tentang langkah – langkah perancangan dan pembuatan rangkaian dengan sensor MPX5050DP yang digunakan sebagai pengukur tekanan darah.
6
BAB 4. PENGUJIAN DAN ANALISA Bab ini membahas mengenai tes hasil pengukuran dari alat yang dirancang untuk memastikan alat tersebut bekerja dengan baik.
BAB 5. SIMPULAN DAN SARAN Berisikan kesimpulan dari seluruh rancangan yang telah dibuat beserta saran – saran kepada pembaca guna perbaikan dan pengembangan proyek.
