Perancangan Penerima Data EKG (Elektrokardiograf) Menggunakan Modulasi Digital FSK (Frequency Shift Keying) dan Modulasi Frekuensi (FM) Desyanto Dwi Rahmadi[1], Darjat, ST., MT.[2], Yuli Christiyono, ST., MT.[2] Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jln. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia Abstrak Saat ini, seorang dokter di rumah sakit sering kali harus berjalan jauh untuk mengambil data pasien yang terekam pada alat EKG (elektrikardiograf). Hal ini disebabkan karena terpisahnya ruang pasien dengan ruang dokter. Untuk mengatasi masalah itu diperlukan suatu alat yang menghubungkan antara EKG di ruang pasien dengan komputer dokter menggunakan sistem nirkabel. Pada Tugas Akhir ini dilakukan perancangan sistem komunikasi nirkabel berupa receiver yang berguna untuk menerima data EKG yang telah dipancarkan oleh transmitter. Setelah data dipancarkan oleh transmitter maka data diterima oleh penerima FM. Sinyal yang diperoleh penerima FM ada 3 macam, yaitu sinyal pembawa, sinyal pemandu (pilot) dan data. Sinyal informasi didemodulasi dan dipisahkan dari pembawanya Pada sinyal informasi ini dilakukan proses pemisahan sinyal pemandu dengan data oleh LPF. Sinyal informasi kemudian diubah kembali menjadi data digital serial dengan demodulator FSK kemudian dihubungkan ke komputer dengan antarmuka RS232 untuk diolah lebih lanjut. Pada pengujian sistem penerima ini, data yang diperoleh adalah seperti yang diharapkan, baik saat diuji pada masing-masing blok maupun pada saat diuji dengan data EKG dari pemancar. Pada saat diterima, data dari pemancar mengalami pelemahan, tetapi hasil akhir tetap sebagaimana yang diharapkan. Hal tersebut terjadi karena pada rangkaian ini data yang terpenting adalah frekuensinya. Jadi adanya pelemahan tidak terlalu berpengaruh, sehingga secara keseluruhan sistem bekerja dengan baik, sesuai yang diharapkan. Kata kunci: Receiver, EKG, nirkabel, modulasi, komunikasi serial RS232. I. 1.1
PENDAHULUAN Latar Belakang Untuk mempermudah kinerja dokter di rumah sakit, terutama yang berkaitan dengan pengambilan data EKG, maka perlu dibuat suatu alat yang menghubungkan antara EKG ditempat pasien dengan dokter di ruang kerjanya dengan sistem nirkabel. Oleh karena itu pada Tugas Akhir ini dirancang sebuah alat yang berfungsi untuk menerima data EKG yang telah dikirimkan oleh pemancar di ruang pasien yang kemudian data dari pemancar tersebut diubah menjadi data digital dan dihubungkan ke komputer di ruang kerja dokter untuk diolah lebih lanjut. 1.2
Tujuan Tujuan dalam Tugas Akhir ini adalah membuat dan menguji sistem penerima data EKG dengan modulasi digital FSK (Frequency Shift Keying) dan modulasi frekuensi FM, kemudian dihubungkan ke komputer untuk diolah lebih lanjut. 1.3
Pembatasan masalah Agar tidak menyimpang dari pembahasan, maka Tugas Akhir ini mempunyai batasan masalah sebagai berikut : 1. Tugas Akhir ini membuat perangkat keras yang berfungsi menerima data dari pemancar dan membuat antarmukanya ke komputer, sehingga tidak membahas perangkat keras EKG, pemancar data EKG dan tampilan data EKG di komputer. 2. Rangkaian menggunakan penerima FM dengan demodulasi digital FSK. _______________________________________________________________________ 1 2
Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro UNDIP
3.
4.
Pada penerima FM digunakan tuner (penala IF) buatan pabrik, dan tidak membahas tentang rangkaian penala tersebut. Menggunakan komunikasi serial RS232 untuk antar muka dengan komputer.
II. 2.1
DASAR TEORI Modulasi Modulasi frekuensi berarti suatu modulasi dimana frekuensi sinyal pembawa divariasikan secara proposional berdasarkan amplitudo sinyal masukan (amplitudo sinyal pembawa tetap konstan). Tujuan utama dari proses modulasi adalah untuk mengefisienkan dimensi antena. Untuk radiasi elektromagnetis yang efisien, besar dimensi antena harus sama dengan panjang gelombang ( ) dari sinyal yang dipancarkan. (2.1) λ =c f Jadi jika sinyal informasi (f) yang dipancarkan adalah 1 kHz, maka panjang antenanya adalah 300 km, sehingga tidak efisien.[1][2] 2.2
Penerima (demodulator) FM Proses demodulasi adalah kebalikan dari proses modulasi, yaitu memperoleh kembali sinyal informasi dengan cara menghilangkan sinyal pembawa. Untuk dapat mendeteksi suatu sinyal FM diperlukan suatu rangkaian yang tegangannya berubah secara linear sesuai dengan frekuensi sinyal masukan. Pada tugas akhir ini digunakan rangkaian detektor reaktif sebagai demodulator FM. Bila suatu sinyal dimodulasi fasa dikalikan dengan sinyal FM itu sendiri yang telah digeser 90°, salah satu dari
komponen pada sinyal keluaran pengali itu adalah modulasinya sendiri. Bila arus pembawa mengalir lewat induktor seperti pada Gambar 2.1(a), dengan VL adalah pembawa yang dimodulasi yang tergeser 90°, arus yang sama mengalir lewat Z, yang merupakan rangkaian resonansi paralel yang ditala pada frekuensi tengah pembawa. Tegangan pada rangkaian ini mengalami suatu pergeseran fasa yang langsung berkaitan dengan deviasi frekuensi pembawa, hasilnya ialah suatu konversi dari modulasi frekuensi ke modulasi fasa. Bila tegangan pada induktor dikalikan dengan tegangan pada rangkaian tala, modulasi akan timbul pada keluaran dari pengali.
(a) (b) Gambar 2.1. (a) Rangkaian untuk memperoleh pergeseran fasa dalam sebuah detektor reaktif (b) Skema blok detektor reaktif dasar Jika frekuensi pembawa bervariasi dengan perlahan-lahan, tegangan atau arus pembawa dimisalkan berbentuk sinusoida. Maka arus adalah (2.2) i = im sin ωt Maka tegangan pada induktor mendahului arus 90°; (2.3) vL = VLMAKS cos ωt Tegangan pada rangkaian tala paralel akan sefasa dengan arus pada keadaan resonansi. Pada frekuensi-frekuensi dalam daerah sekitar ±1% dari resonansi, sudut fasa admitansi dari rangkaian dengan memisalkan ω 0 / ω ≅ 1 adalah (2.4) φ = tan −1 yQ Sudut fasa impedansi adalah − φ , dan tegangan pada rangkaian tala adalah (2.5) vZ = VZ MAKS sin(ωt − φ ) Sedangkan variabel pendekatan sebagai
y
dapat
dinyatakan
karena δf = f i − f c = kem , dengan em adalah sinyal modulasi. Karena itu, v O ∝ e m ,atau tegangan keluaran adalah sebanding dengan sinyal modulasi asli.[1] 2.3
Antena Antena diperlukan untuk penggandengan antara pemancar dan penerima dalam suatu hubungan ruang (space link). Pada rangkaian penerima, antena berfungsi untuk menangkap pancaran gelombang elektromagnet yang dihasilkan oleh pemancar. Bentuk dasar antena ada dua macam, yaitu antena kutub dua ½ gelombang yang direntangkan secara horisontal (antena Hertz) dan antena ¼ gelombang vertikal (antena Marconi). Panjang efektif antena adalah f. =c . fp (2.10) dengan f adalah frekuensi (Hz); adalah panjang gelombang (m); fp adalah faktor pendekatan (biasanya 95%) dan c adalah kecepatan rambat gelombang elektromagnet dalam ruang (300 x106m/s). Pola pancaran antena yang ideal diperlihatkan oleh gambar 2.3, yaitu bila antena berada jauh diatas permukaan bumi. Bumi berpengaruh pada bentuk pola pancaran antena karena bumi menyerap/memantulkan gelombang elektromagnet. [2]
(a) (b) Gambar 2.2 (a) Pola pancaran antena Marconi; (b) Pola pancaran antena kutub dua ½ . 2.4
Tapis Pelewat Frekuensi Rendah (LPF) LPF berfungsi untuk melewatkan frekuensi dibawah frekuensi potong (fc, cut off) dan menahan frekuensi diatas frekuensi potong. Gambar 2.3(a) menunjukkan Rangkaian LPF aktif orde dua. Vout
dengan
3 dB turun
y=
f f δf − o ≅2 f fo fo
(2.6) dengan δf = f − f o dan fo adalah frekuensi resonansi dari rangkaian, dengan δf << f o . Kemudian kedua tegangan vL dan vZ dimasukkan ke sebuah pengali seperti ditunjukkan Gambar 2.1(b). Tegangan keluaran yang dinyatakan sebagai kesebandingan diberikan oleh:
vO ∝ vL vZ vo ∝ cos ωt sin(ωt − φ ) vO ∝ sin( 2ωt + φ ) + sin φ
(2.7) (2.8)
LPF digunakan untuk memilih komponen sin φ dan menolak komponen sin( 2ωt + φ ) . Untuk sudut yang kecil, sin φ ≈ tan φ , sehingga keluarannya adalah sebanding dengan y, vo ∝ y atau v o ∝ δf f 0 (2.9)
f fc
(a) (b) Gambar 2.3 (a) Tapis frekuensi rendah aktif. (b) respon keluaran Pada frekuensi rendah, kedua kapasitor menjadi seperti terbuka, rangkaian menjadi seperti pengikut tegangan. Jika frekuensi bertambah,impedansi C1 berkurang dan tegangan masukan tak membalik berkurang. Pada waktu yang sama, kapasitor C2 mengumpan balik sinyal dalam fasa pada sinyal masukan. Karena sinyal umpan balik menambah sinyal sumber, umpan balik adalah positif. Hasilnya adalah penurunan tegangan masukan tak pembalik, yang disebabkan karena C1 tidak sebesar tanpa pengumpan balik positif. Frekuensi kutub (fp) digunakan untuk merancang tapis aktif. Perhitungan frekuensi kutub tersebut adalah: Q = 0.5
2
C2 C1
(2.11)
dan f p =
1 2πR C1 C 2
; fp =
1 2πRC 2
(2.12)
Untuk tapis butterworth, nilai Q=0.707 dan untuk tapis bessel Q=0.577.[3] 2.5
Detektor dengan ikal terkunci fasa (PhaseLocked Loop/ PLL) PLL terdiri atas 3 bagian dasar yaitu voltage controlled oscillator (VCO), Phase detector (PD), serta tapis ikal dengan penguat arus searah. Diagram blok PLL diperlihatkan pada Gambar 2.4.
biner adalah suatu bentuk modulasi sudut dengan selubung konstan yang mirip dengan FM konvensional, tetapi sinyal pemodulasinya berupa aliran pulsa biner yang bervariasi diantara dua level tegangan diskrit, sehingga berbeda dengan bentuk perubahan yang kontinyu pada gelombang analog. Ungkapan matematis untuk sinyal FSK biner ditunjukkan Persamaan 2.15. v(t) = VC Cos ωC + fm(t )∆ω t
2
(2.15)
dengan v(t) adalah bentuk gelombang FSK biner; VC adalah puncak amplitudo carrier tanpa termodulasi; C adalah frekuensi pembawa (dalam radian); fm(t) adalah frekuensi sinyal digital biner pemodulasi; adalah selisih sinyal pemodulasi (dalam radian). 2.7
Gambar 2.4 Blok diagram PLL Frekuensi yang masuk ke detektor fasa dibandingkan dengan frekuensi pengumpanbalik. Kalau frekuensi yang masuk ke detektor berselisih fasa, maka detektor mengeluarkan isyarat berupa tegangan searah. Tinggi tegangan ini (disebut tegangan keliru/error voltage) berbanding lurus dengan besar selisih fasa. Tegangan keliru tersebut diumpankan ke VCO guna mengemudikan VCO, agar frekuensi terkunci pada frekuensi masukan.[2] Osilator terkemudi tegangan (VCO) adalah osilator yang dapat menghasilkan frekuensi spontan yang dapat berubah sesuai tegangan masukan. Misalkan frekuensi spontan yang dihasilkan adalah 0(t) maka dapat ditarik persamaan 2.13. (2.13) 0(t)= c+ Kcvc(t) dengan: c = frekuensi tengah dari VCO Kc = penguatan VCO Detektor fasa (PD) memiliki dua masukan dan satu keluaran. Jika kedua masukan memiliki periode yang sama, maka komponen dc dari keluaran PD sebanding dengan besarnya perbedaan sudut antara kedua masukan sinyal periodik tersebut. xdc=Kdsin( i– o) (2.14) dengan xdc = rata-rata keluaran dc dari PD; i o adalah sudut fasa sinyal masukan dan keluaran VCO; Kd adalah penguatan PD. Komponen dasar ketiga adalah tapis ikal dengan penguatan. Tujuan dari rangkaian tapis ini adalah untuk memperoleh komponen dc dari keluaran PD (x(t)). Ketika frekuensi masukan (fi) dan ferkuensi keluaran (fo) pada rangkaian terkunci fasa sama, maka tegangan vc(t) konstan. Jika fi dinaikkan perlahan maka akan menyebabkan perbedaan sudut fasa pada PD ( i – o) akan naik seiring dengan waktu. Bagian dc dari keluaran PD akan naik sehingga akan menaikkan tegangan dari keluaran tapis yang digunakan untuk mengendalikan keluaran frekuensi dari VCO. Kondisi yang bersesuaian ini akan menaikkan frekuensi keluaran VCO sampai didapatkan frekuensi yang sebanding dengan frekuensi masukan. [5][6] 2.6
Modulasi Digital Pengunci Pergeseran Frekuensi (Frequency Shift Keying / FSK) Sistem modulasi FSK adalah modulasi frekuensi dengan pemodulasi data digital. Dengan kata lain FSK
Demodulator Biner FSK Keluaran demodulator FSK biner adalah suatu fungsi langkah (step) pada kawasan frekuensi. Keluaran FSK bergeser diantara dua frekuensi yaitu mark frequecy (logika 1) dan space frequency (logika 0). Pada modulator FSK biner, ada suatu perubahan frekuensi keluaran setiap adanya perubahan kondisi logika pada sinyal masukan. Sebagai konsekuensinya, laju perubahan masukan (bit rate) adalah sebanding dengan laju perubahan keluaran (baud rate). Baud rate sebanding dengan keterkaitan waktu pada satu elemen sinyal keluaran. Pada FSK biner, laju masukan dan laju keluaran adalah sama; sehingga, bit rate dan baud rate adalah sama.
Gambar 2.5. Sistem modulasi FSK biner [1] 2.8 Komunikasi Serial Asinkron 2.8.1 Tata Cara Komunikasi Serial Asinkron Komunikasi data serial secara asinkron adalah komunikasi data serial yang pengiriman datanya berdasarkan kecepatan baudrate[12] sehingga tidak memerlukan sinyal detak untuk sinkronisasi.[13] Penerima hanya perlu mendeteksi adanya start bit sebagai awal pengiriman data, selanjutnya komunikasi data terjadi antar dua buah register geser yang ada pada pengirim maupun penerima. Setelah 8 bit data diterima, maka penerima akan menunggu adanya stop bit sebagai tanda bahwa 1 byte data telah terkirim dan penerima dapat siap untuk menunggu pengiriman data berikutnya.[15]
Gambar 2.6. Transmisi serial asinkron [10] 2.8.2 Karakteristik Sinyal Port Serial Standar RS232 hanya menyangkut komunikasi data antara komputer dengan alat-alat pelengkap komputer. Standar sinyal serial RS232 memiliki ketentuan level
3
tegangan sebagai berikut: Logika ‘1’ (mark) terletak antara -3V hingga -25V; Logika ‘0’ (space) terletak antara +3V hingga +25V. Sedangkan daerah tegangan antara -3V hingga +3V adalah invalid level, sehingga harus dihindari. Level tegangan lebih negatif dari -25V atau lebih positif dari +25V juga harus dihindari.[15] III.
PERANCANGAN PERANGKAT KERAS Penerima data EKG ini terdiri dari 3 bagian utama, yaitu: bagian penerima, pengondisi sinyal, dan antarmuka dengan komputer.
menjadi sinyal digital serial oleh demodulator FSK. Rangkaian LPF ditunjukkan oleh Gambar 2.3. Frekuensi potongnya 4 kHz, nilai resitor adalah 3 k dan tapis yang digunakan butterworth (Q = 0.707), maka: Q = 0.5
C2 0.707 C2 C2 C ⇔ = ↔ 1.414 = ⇒ 2 =2 C1 0.5 C1 C1 C1
Sehingga C2=2C1. maka nilai kapasitor dapat dihitung dengan Persamaan 2.12 : 1 C1 = = 9.38nF ≅ 10nF 2π × 3kΩ × 4kHz × 2 Jadi nilai C1 = 10 nF dan C2 = 20 nF. 3.3
Gambar 3.1. Blok Diagram Penerima Prinsip kerja Gambar 3.1 adalah penerima FM menerima sinyal yang dikirimkan pemancar, kemudian sinyal tersebut ditapis oleh LPF untuk memisahkan sinyal data dan sinyal pilot. Setelah mendapatkan sinyal data yang diinginkan, sinyal tersebut didemodulasi dengan demodulator FSK untuk mendapatkan data yang sebenarnya. Keluaran dari penerima FM juga dihubungkan ke PLL. Di dalam PLL terdapat pendeteksi sinyal penanda yang digunakan untuk validasi data. Data yang didapat kemudian dikirimkan ke komputer untuk diolah lebih lanjut. Penerima FM Penala yang digunakan adalah penala jadi (build up) yang menghasilkan sinyal IF, kemudian diolah oleh IC LA1260. Sistem pendeteksian yang digunakan adalah detektor reaktif. Jika IC LA1260 digunakan sebagai penerima FM maka fasilitas yang dipakai adalah penguat IF, detektor reaktif, penguat depan AF, dan tuning indicator drive output. Rangkaian lengkap ditunjukkan oleh Gambar 3.2.
Demodulator FSK Pada bagian pemancar bit-bit digital dikirim dengan sistem modulasi digital FSK dengan menggunakan IC TCM3105. Untuk memperoleh kembali data yang telah dimodulasi FSK dari informasi analog keluaran LPF menjadi dereten bit digital, maka dibutuhkan demodulator FSK. Baud rate yang digunakan pemancar adalah 1200 bps, maka baud rate penerima harus 1200 bps. Menurut standar CCITT V.23, agar baud rate yang diterima adalah 1200 bps, maka TRS‚ TXR1‚ dan TXR2 diberi masukan logika rendah (Low). Rangkaian lengkapnya ditunjukkan Gambar 3.3.
3.1
Gambar 3.3. Rangkaian lengkap Demodulator FSK dengan IC TCM3105 [11] 3.4
Pendeteksi Sinyal Penanda Sinyal penanda digunakan untuk membedakan sinyal informasi dengan sinyal lain, sehingga hanya sinyal informasi yang diinginkan yang dapat diproses oleh penerima. Pada saat sinyal yang diterima adalah sinyal informasi, maka LED menyala sedangkan pada saat sinyal yang diterima bukan sinyal informasi, maka LED padam. Untuk mengatur supaya LED hanya menyala jika ada sinyal 25 KHz. Maka resistor variabel pada pin 16 IC LA3361 perlu disetel. Vcc+9V
0. 47 uF 14
6K8
1
0. 47 uF
LED
15
Masukan
16
6K8
Gambar 3.2 Penerima FM
10K
Tapis Pelewat Frekuensi Rendah 4 KHz LPF 4 KHz digunakan untuk memisahkan sinyal mark (1300 Hz) dan space (2100 Hz) dari sinyal penanda (25 kHz), sebelum sinyal informasi tersebut diubah
6
1K
4. 7 uF
[11]
LA3361
2
47 nF
1 nF
10
13
1 uF 11
3
680 pF
Keluaran
7
9
8
3.2
Gambar 3.4. Pendeteksi sinyal penanda 25 KHz [11]
4
3.5
Pengkondisi Penerimaan Pengkondisi penerimaan berfungsi untuk menonaktifkan data masukan saat tidak ada sinyal penanda. Pada blok ini digunakan gerbang AND, dengan masukan pendeteksi sinyal penanda dan data demodulator FSK. Pada waktu sinyal penanda terdeteksi, maka data tersebut diteruskan ke RS232, jika tidak ada sinyal penanda data tersebut tidak diteruskan ke RS232, sekalipun terdapat data dari keluaran demodulator FSK. 3.6
Antarmuka Serial RS232 Antarmuka serial RS232 digunakan untuk menjembatani jalur komunikasi serial komputer dengan sistem penerima, karena aras tegangan logika kedua sistem ini berbeda. RS232 menggunakan aras +12V dan -12V untuk logika 0 dan 1, sedangkan demodulator FSK menggunakan aras TTL +5V dan 0V, untuk logika 1 dan 0. Pada blok ini digunakan IC MAX232, yang berfungsi mengubah aras tegangan TTL menjadi aras RS232.
(a) (b) Gambar 4.1. (a) Pengujian Blok Penerima FM; (b) Keluaran sinyal pilot Dari Gambar 4.1 (b) dapat dilihat bahwa frekuensi sinyal penanda adalah 25 kHz dengan tegangan 0,48 Vpp. Hal ini berarti blok penerima telah berfungsi dengan baik. Tahap kedua adalah pemancar memancarkan sinyal uji. Sinyal uji yang digunakan adalah sinyal sinus dari AFG dengan frekuensi 1300 Hz dan 2100 Hz, untuk mewakili sinyal mark dan space yang akan dimodulasi frekuensi. Hasil tampilan osiloskop pada penerima ditunjukkan Gambar 4.2.
(a) (b) Gambar 4.2. Keluaran Penerima FM (a) frekuensi mark. (b) frekuensi space. 4.3 Gambar 3.5. Antarmuka serial RS232 dengan IC MAX232 IV.
PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM Pengujian dilakukan dengan dua cara, yaitu pengujian pada masing-masing blok dan pengujian sistem secara keseluruhan.
Pengujian dan Analisa LPF 4 KHz Pengujian LPF dilakukan dengan memberi masukan gelombang sinus 2 Vpp dengan frekuensi 0,5 kHz sampai 10 kHz. Penguatan dalam dB dihitung dengan Persamaan 4.1: V A = 20 log out dB (4.1) Vin 0 -2 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 -4 -6
Pengujian dan Analisa Blok Pendeteksi Sinyal Penanda Pengujian blok ini dilakukan dengan memberikan masukan sinyal sinus dari AFG, kemudian diamati kondisi logika pada indikator LED (nyala/mati). Resistor variabel pada pin 16 IC LA3361 perlu disetel sampai LED menyala saat diberi masukan 25 kHz. Dari hasil pengujian didapatkan LED menyala saat diberi masukan 24 kHz sampai 27 kHz. 4.2
Pengujian dan Analisa Penerima FM Pengujian rangkaian ini dilakukan bersamaan dengan pengujian pemancar FM dan blok pendeteksi sinyal penanda. Pengujian dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama menyamakan frekuensi pemancar dengan penerima, dengan cara memancarkan sinyal pembawa dan sinyal pilot. Kemudian pada bagian penerima, tuner diputar sampai ditemukan frekuensi pemancar FM dan melihat keluarannya pada osiloskop. Pada saat penerima menerima sinyal dari pemancar, maka indikator pada penerima FM dan pendeteksi sinyal penanda akan menyala.
Gain (dB)
4.1
-8 -10 -12 -14 -16 -18 f (x 1kHz)
Gambar 4.3. Tanggapan frekuensi terhadap penguatan LPF Pada Gambar 4.3 ditunjukkan respon yang sesuai dengan perancangan, hanya saja memiliki penguatan yang berbeda. Hal ini tidak masalah, sebab data yang dilewatkan adalah pada frekuensi 1300 dan 2100 Hz. Pada Gambar 4.4 ditunjukkan tanggapan keluaran LPF terhadap beberapa frekuensi masukan.
(a) (b) (c) Gambar 4.4. Keluaran LPF 4 KHz dengan frekuensi masukan: (a) 1k3 Hz (b) 2k1 kHz (c) 4 kHz
5
Pada saat pemancar memancarkan data digital “11001100”, keluaran LPF ditunjukkan Gambar 4.5.
(a) (b) Gambar 4.8. keluaran pengondisi sinyal: (a) tanpa Pilot; (b) dengan Pilot Gambar 4.5. Masukan dan keluaran LPF 4kHz Dari Gambar 4.5 dapat dilihat bahwa pada masukan LPF terdapat riak, sedangkan pada keluaran LPF riak tersebut tidak terlihat. Adanya riak tersebut menunjukkan bahwa sinyal keluaran penerima FM mengandung informasi sinyal penanda yang berfrekuensi lebih tinggi, yaitu 25 kHz. 4.4
Pengujian dan Analisa Blok Demodulator FSK Laju baud pengiriman data yang digunakan 1200 bps, sehingga keluaran demodulator FSK saat mendapat masukan analog dengan frekuensi 1300 Hz adalah ‘tinggi’ dan saat mendapat masukan 2100 Hz adalah ‘rendah’. Hasil pengujian ditunjukkan Gambar 4.6.
Dari Gambar 4.8 dapat diamati bahwa pada saat LED mati, tegangan pada pin 6 IC LA3361 adalah 2,16V dan pada saat LED nyala tegangannya adalah 0,64V. Pada blok ini, keluaran pin 6 dimasukkan ke gerbang NOT, sehingga level tegangan rendah berubah menjadi tinggi dan sebaliknya. Keluaran gerbang NOT di-AND-kan dengan sinyal FSK. 4.6
Pengujian dan Analisa Blok Antarmuka Serial RS232 Pengujian blok ini dilakukan dengan memberi input TTL ke antarmuka serial. Input TTL berasal dari AFG dan keluaran demodulator FSK. Sinyal masukan dan sinyal keluaran dari blok antarmuka serial RS232 pada osiloskop ditunjukkan Gambar 4.9. Saat rangkaian mendapat masukan tegangan sebesar 0V maka tegangan keluarannya sekitar +9V. Sebaliknya jika rangkaian mendapat masukan tegangan sebesar +5V maka tegangan keluarannya mendekati -9V.
(a) (b) (c) Gambar 4.6. Keluaran Demodulator FSK dengan frekuesi AFG: (a) 1300 Hz; (b) 1600 Hz; (c) 2100 Hz Dari hasil pengujian didapatkan bahwa pada saat frekuensi masukan 1600 Hz, kondisi keluarannya tidak tentu, hal ini terjadi karena saat frekuensi tersebut terjadi kondisi peralihan pada keluarannya. Frekuensi kurang dari 1600 Hz menyebabkan kondisi keluaran ‘tinggi’ dan frekuensi lebih dari 1680 Hz menyebabkan kondisi keluaran ‘rendah’. Pada saat masukan demodulator FSK dihubungkan dengan LPF dan penerima FM, keluaran demodulator FSK ditunjukkan Gambar 4.7.
(a) (b) Gambar 4.9. Hasil pengujian rangkaian Antarmuka RS232 dengan masukan: (a) AFG; (b) data FSK 4.7
Pengujian Sistem Secara Keseluruhan Pengujian yang terakhir yaitu dengan menerima data EKG yang telah dipancarkan. Pada tahap ini, dilakukan pengambilan data berupa byte-byte keluaran blok RS232 dengan program bantu. Byte-byte tersebut kemudian diubah dan dibuat grafiknya dengan bantuan Excel. Grafik yang diperoleh kemudian dibandingkan dengan tampilan data EKG dari osiloskop pada sisi pemancar (Gambar 4.10).
Gambar 4.7. keluaran demodulator FSK (masukan data dari penerima FM) Gambar 4.7 membuktikan rangkaian demodulator FSK berhasil mendapatkan kembali data dari pemancar, yaitu “0110011001”. Biner “0” pada MSB sebagai start bit, dan biner “1” pada LSB sebagai stop bit. Pengujian dan Analisa Blok Pengondisi Sinyal Hasil pengujian blok ini adalah saat indikator sinyal penanda menyala, maka data FSK dikirim ke antarmuka serial RS232. Saat sinyal penanda mati, data tidak dikirim ke antarmuka serial RS232, sekalipun ada data pada keluaran demodulator FSK, karena data tersebut dianggap bukan dari pemancar yang semestinya.
(a)
4.5
(b) Gambar 4.10 Tampilan data EKG (a) dari osiloskop pada sisi pemancar (b)dari bit-bit digital keluaran RS232
6
4. Dari hasil pengujian dapat diketahui bahwa tiaptiap blok telah berfungsi dengan baik. Dari pengujian juga dapat diketahui bahwa penerima mampu mendapatkan kembali data yang dikirimkan sekalipun sudah mengalami pelemahan dan perubahan bentuk gelombang, asalkan penerima bisa mengetahui frekuensi sinyalnya. Jarak pengujian antara pemancar dan penerima agar data dapat diterima dengan baik adalah sejauh 300 meter. Jarak tersebut sudah bisa menjangkau jarak antara ruang pasien dengan ruang dokter di rumah sakit.
5. 6. 7.
8. 9.
V. 5.1
PENUTUP Kesimpulan Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan didapatkan hal-hal penting sebagai berikut: 1. Penerima dapat bekerja dengan baik pada jarak 300 meter dari pemancar dengan pelemahan 20 dB. 2. Pada pengujian sistem penerima ini, data akhir yang diperoleh sama dengan data yang dipancarkan, sekalipun sinyal yang diterima mengalami pelemahan. Hal tersebut bisa terjadi karena pada penerima ini data yang terpenting adalah nilai frekuensinya, bukan amplitudonya. 3. Jika indikator sinyal pada blok penerima menyala, berarti sinyal yang diterima lebih dari 200mV (-20dB). 4. LPF digunakan untuk memisahkan sinyal penanda dengan sinyal informasi (mark dan space) sebelum masuk ke blok demodulator FSK. 5. Blok PLL digunakan untuk mendeteksi sinyal pilot/pemandu yang berguna untuk validasi data. 6. Dengan IC LA3361, rentang frekuensi sinyal penanda adalah antara 12 kHz sampai 32 kHz agar pemancar bisa dikenali oleh penerima. 7. Demodulator FSK bisa mendapatkan kembali data yang dipancarkan, sekalipun terjadi pelemahan dan perubahan bentuk gelombang pada sinyal yang diterima.
10.
11. 12. 13.
14. 15.
Biodata Penulis Desyanto Dwi Rahmadi (L2F 002 569), lahir di Pemalang, 5 Desember 1982. Penulis adalah mahasiswa S1 Teknik Elektro, konsentrasi Elektronika Telekomunikasi Universitas Diponegoro, saat ini sedang menyelesaikan Tugas Akhir.
Menyetujui dan Mengesahkan Pembimbing I
5.2 Saran 1. Baudrate dapat diperbesar dengan menggunakan IC yang lain. 2. Untuk menerima data yang dikirimkan lebih dari satu pemancar, maka bisa digunakan teknik penggandaan kanal seperti TDM dan FDM. 3. Untuk jarak yang lebih jauh bisa digunakan antena dengan penguatan yang lebih besar atau dengan ditambahkan penguat antena.
Darjat, ST., MT. NIP. 132 231 135 Tanggal:...............
Pembimbing II
DAFTAR PUSTAKA 1. 2. 3.
Coughlin, F. Robert, Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linear, Diterjemahkan oleh Herman Widodo S, Erlangga, Jakarta, 1994. Millman, Halkias, Elektronika Terpadu, Erlangga , Jakarta, 1997 Schwartz, Mischa, Transmisi Informasi, Modulasi dan Bising, Erlangga, Jakarta, 1986 Cooper, George, Modern Communications and Spread Spectrum, McGraw Hill Book Company, Singapore 1986 Erwin, Robert M. Pengantar Telekomunikasi, Elex Media Komputindo, Jakarta, 1986 P. H. Simale, Sistem Telekomunikasi I, Edisi kedua, Erlangga, Jakarta, 1995 Putra, Agfianto Eko, Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi, Gaya Media, Yogyakarta, 2002 …. . www.datasheetcatalog.com Setiawan Rachmad, Mikrokontroler MCS-51, Graha Ilmu, Yogyakarta, 2006 Sudjadi, Teori dan Aplikasi Mikrokontroler, Aplikasi pada Mikrokontroler AT89C51, Graha Ilmu, Yogyakarta, 2005 Wasito, S, Data Sheet Book 1, Data IC Linier, TTL & CMOS, Elex Media Komputindo, Jakarta, 1985 Prasetia Ratna & Widodo, Edi Catur, Interfacing Port Pararel dan Port Serial komputer dengan Visual Basic 6.0, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2004.
Dennis Roody, J. Coolen, Komunikasi Elektronika, J.1., Erlangga, Jakarta 1986. Wasito, S, Vademekum Elektronika Edisi Kedua, PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta 2001 Malvino, Paul Albert, Prinsip – Prinsip Elektronika Jilid I, Diterjemahkan oleh Sahat Pakpahan, Erlangga, Jakarta, 1996.
Yuli Christiyono, ST., MT. NIP. 132 163 660 Tanggal:...............
7
