RANCANG BANGUN PESAWAT ULTRASONIC NEBULIZER
Pengaju:
JOKO KAMAMENAK TESA 014 0311 059
Peminatan Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana
2007
1
Lembar Pengesahan “RANCANG BANGUN PESAWAT ULTRASONIC NEBULIZER”
disusun oleh : JOKO KAMAMENAK TESA NIM:
014 0311 059
Peminatan: ELEKTRONIKA Mengesahkan
(
Ir. Yudi Gunardi ST. MT
)
mengetahui
Kordinator Tugas Akhir
Ketua jurusan teknik Elektro
(Ir. Yudi Gunardi ST. MT )
(Ir. Budi Yanto Husodo M.sc)
2
SURAT PERNYATAAN PENGGANTI SUMPAH
Saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama NIM Fakultas Jurusan Peminatan
: Joko Kamamenak Tesa : 014311-059 : Teknologi Industri : Teknik Elektro : Elektronika
MENYATAKAN
Bahwa tugas akhir ini saya buat dan saya selesaikan sendiri. Tugas akhir ini bukan hasil salinan atau jiplakan atau di buatkan oleh orang lain. Dan untuk menyelesaikan tugas akhir ini, saya menggunakan referensi hasil kuliah, buku-buku yang tercantum pada daftar pustaka, serta bimbingan dari dosen pembimbing. Jika kemudian hari ternyata terbukti bahwa saya tidak benar atau memenuhi apa yang saya nyatakan diatas, maka saya akan bersedia menerima sanksi yang akan diberikan. Jakarta, Desember 2006 Yang membuat pernyataan
Joko Kamamenak Tesa
3
ABSTRAK
Prinsip dasar pesawat ini adalah memanfaatkan proses nebuliza atau pengkabutan yang tercampur dengan obat, dan menyalurkannya melalui saluran pernapasan dengan bantuan mouthpiece atau selang saluran udara. Pada alat ini juga ditambahkan blower (kipas) yang dimaksudkan untuk mendorong hasil pengkabutan tersebut agar dapat masuk melalui saluran udara tersebut sehingga dapat masuk ke tubuh pasien (paru-paru), dengan begitu diharapkan terapi pengobatannya dapat lebih efektif. System yang dikembangkan pada tugas akhir ini adalah dengan menggunakan gelombang ultrasound yang dihasilkan oleh tranduscer piezoelectric yang dapat memecah obat yang sudah diencerkan sampai menjadi partikel yang sangat kecil yang nantinya akan digunakan untuk terapi atau pengobatan pada saluran pernafasan. Cairan obat yang sudah dipecah oleh gelombang ultrasound akan berubah menjadi uap yang kemudian akan dialirkan ke pasien melalui proses pernafasn atau inhalasi. Hasil yang dperoleh setelah dilakukan perancangan, pembuatan dan analisa dari system yang dibuat adalah sesuai dengan yang diharapkan. Dari data percobaan yang dilakukan dibuat waktu standard untuk dosis yang akan digunakan untuk proses nebulasi. Untuk penggunaan dosis 20ml larutan obat didapat waktu maksimal untuk proses nebulasi selama 5 menit, untuk dosis 30 ml larutan obat akan habis dalam waktu 10 menit, untuk dosis 40 ml larutan obat akan habis dalam waktu 43 menit sedangkan untuk dosis 50 ml larutan obat akan habis dalam waktu 45 menit. Penggunaan perbedaan kecepatan high dan low dari blower akan berbeda kurang lebih 13 menit.
4
KATA PENGANTAR
Bismillahhirrokhmanirrokhim
Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat ALLAH SWT karena berkat dan karunianya, akhirnya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul “Rancang bangun pesawat ultrasonic Nebulizer”. Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menempuh ujian kesarjanaan pada fakultas teknologi industri jurusan teknik elektro Universitas Mercu Buana Jakarta. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Yang terhormat Ir yudhi Gunardi ST. MT selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan bimbingan dalam menyelesaikan tugas akhir. 2. Keluarga tercinta yang selalu memberikan dorongan moril dan material kepada penulis. 3. Para sahabat angkatan III PKSM Mercu Buana yang selalu memberikan support bagi penulis untuk menyelesaikan tugas akhir. 4. Teman-teman di PT FONDACO MITRATAMA Jakarta yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
5
5. Teman-teman di CV Sarana Griya Medika Jakarta yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 6. Semua pihak yang tidak bias saya sebutkan satu persatu, namun membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir.
Semoga ALLAH SWT memberikan phala yang berlimpah kepada mereka semua.
Alkhamdulillahi Robil Alamin
Jakarta, desember 2006
Penulis
6
DAFTAR ISI
BAB I
PENDAHULUAN
……………………………………………………..1
1.1
LATAR BELAKANG
1.2
PEMBATASAN MASALAH
1.3
TUJUAN PENULISAN
……………………………………………..3
1.4
METODE PENULISAN
……………………………………………..3
1.5
SISTEMATIKA PENULISAN
BAB II
TEORI PENUNJANG
……………………………………………..1 ……………………………………..2
……………………………………..3
……………………………………………..5
2.1
GAMBARAN UMUM PESAWAT ULTRASONIC NEBULIZER ……..5
2.2
MICROCONTROLLER 89C51
2.3
TRANSISTOR
……………………………………………………16
2.4
KAPASITOR
……………………………………………………21
2.5
TRANDUSCER
……………………………………………………23
BAB III
……………………………………..7
PERANCANAAN DAN REALISASI
……………………………25
3.1
PERENCANAAN SISTEM KERJA ALAT SECARA BLOK DIAGRAM…………..25
3.2
PERENCANAAN RANGKAIAN KESELURUHAN
……………27
3.2.1
PERENCANAAN RANGKAIAN POWER SUPPLY…………..29
3.2.2
PERENCANAAN RANGKAIAN MICROCONTROLLER …...30
3.2.3
PERENCANAAN RANGKAIAN CONTROL …………………33
3.2.4
PERENCANAAN RANGKAIAN BLOWER …………………..34
3.2.5
PERENCANAAN RANGKAIAN PENAMPIL LCD ………….35
7
BAB IV
PENYAJIAN DAN ANALISA DATA
……………………………38
4.1
PERSIAPAN ALAT DAN BAHAN
……………………………38
4.2
METODE PENDATAAN
……………………………………………42
4.3
PENYAJIAN DATA
……………………………………………42
BAB V
KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
……………………………………………………46
……………………………………………………………47
LAMPIRAN-LAMPIRAN
8
BAB I PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, maka dunia kesehatan juga sangat berkembang mengikuti kemajuan teknologi tersebut. Terutama dalam hal perkembangan alat-alat kesehatan yang saat ini sudah banyak digunakan pada rumah sakit atau lembaga–lembaga kesehatan yang ada di Indonesia. Kebutuhan dan tuntutan masyarakat akan suatu pelayanan kesehatan semakin meningkat seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi di bidang kesehatan serta ditunjang dengan kemajuan industri di bidang elektronika, semakin membantu para ahli medis untuk menciptakan serta menemukan ide baru dalam hal pembuatan alat kesehatan yang lebih efisien dan efektif sehingga mutu pelayanan kesehatan dapat meningkat. Salah satu contoh perkembangan alat kesehatan adalah Pesawat Terapi Ultrasonic Nebulizer, yang berfungsi untuk terapi pengobatan penyakit pada saluran pernapasan (paru-paru). Dimana umumnya terapi atau pengobatan suatu penyakit menggunakan obat yang berbentuk cairan atau tablet. Akan tetapi jika terdapat masalah atau gangguan pada saluran pencernaan dalam hal ini yaitu mulut, maka pasien tidak dapat meminum obat secara langsung. atau dengan kendala pasien yang mengalami gangguan pada daya hisapnya. Maka dalam kondisi ini, alat ini (Ultrasonic Nebulizer) sangat dibutuhkan untuk pelaksanaan
9
pengobatan tersebut. Atau dengan tujuan lain agar obatnya dapat langsung terserap oleh paru-paru. Pesawat Ultrasonic Nebulizer ini hanya digunakan untuk terapi pengobatan penyakit saluran pernafasan. Pesawat ini menghasilkan pengkabutan yang telah tercampur oleh larutan obat, untuk kemudian disalurkan melalui selang dan Mouthpiece ke saluran pernapasan (hidung) pasien. Dengan tujuan agar obat yang diberikan pada pasien dapat langsung diserap oleh paru-paru. Terapi pengobatan ini biasanya dilakukan untuk terapi pengobatan penyakit Asma, Bronchitis, Sesak nafas dan lain-lain. Yang menarik dari alat ini adalah dimana medium air yang digetarkan oleh suatu gelombang atau getaran Ultrasound maka dapat mengakibatkan molekulmolekul air akan pecah sehingga terjadi pengkabutan atau uap. Gelombang ultrasound ini dihasilkan oleh transduser ultrasonik yang dibangkitkan oleh frekuensi tinggi.Atas dasar itulah penulis tertarik membuat alat ini yang akan diajukan sebagai modul, dimana judul karya tulis ini sebagai berikut :
“ RANCANG BANGUN PESAWAT ULTRASONIK NEBULIZER “
1.2
PEMBATASAN MASALAH Modul ini dirancang dengan frekuensi ultrasonic sebesar 1,2 MHz, dengan batas volume air ( water level ) ± 250 ml, dan volume obat maksimal 30 ml, dengan waktu pengoperasian maksimal selama 19 menit.
10
1.3
TUJUAN PENULISAN 1. Membuat alat (pesawat) ultrasonic nebulizer yang lama pengoperasiannya dapat diatur dengan timer, dengan intensitas pengkabutan yang dapat diatur. 2. Menganalisa dan mengetahui keakurasian modul yang dibuat.
1.4
METODE PENULISAN Dalam penyusunan karya tulis ini metode yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Studi pustaka, yaitu dengan mencari dan mempelajari buku-buku dan sumbersumber literatur yang berhubungan dengan karya tulis ini. 2. Melakukan perancangan dan pembuatan modul. 3. Mengajukan uji fungsi modul. 4. Penyusunan karya tulis.
1.5
SISTEMATIKA PENULISAN Untuk mempermudah dalam mempelajari serta memahami karya tulis ini, penulis menyajikan karya tulis ini menjadi beberapa bab yaitu: BAB I
PENDAHULUAN Memberikan gambaran secara singkat mengenai latar belakang masalah, pembatasan masalah, tujuan penulisan dan metode penulisan.
BAB II
TEORI PENUNJANG Menjelaskan dan menerangkan dasar-dasar teori yang menunjang pembahasan.
11
BAB III
PERENCANAAN DAN REALISASI Menjelaskan bagian-bagian dari rangkaian yang akan dibuat dalam bentuk blok diagram, serta penjelasan masing-masing blok rangkaian.
BAB IV
PENYAJIAN DAN ANALISA DATA Menguraikan tentang persiapan alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan modul, melakukan pendataan dari rangkaian yang dibuat berdasarkan hasil data yang diperoleh pada saat pengujian.
BAB V
PENUTUP Berisi kesimpulan dari hasil pembahasan secara keseluruhan.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
12
BAB II TEORI PENUNJANG
2.1
GAMBARAN UMUM PESAWAT ULTRASONIC NEBULIZER 2.1.1
Fungsi Alat Dalam dunia kesehatan Pesawat Ultrasonic Nebulizer berfungsi sebagai alat terapi pengobatan penyakit saluran pernafasan seperti Asma, Bronchitis, Sesak nafas dan gangguan pernafasan lainnya. Alat ini mengubah cairan obat menjadi kabut, dan menyalurkannya melalui mouthpiece dan dihirup oleh pasien melaui saluran pernapasannya. Alat ini sangat membantu bagi pasien yang mengalami gangguan saluran pernapasan atau berkurangnya daya hisap, atau dengan tujuan lain agar obat yang diberikan kepada pasien dapat langsung terserap oleh paru-paru sehingga terapi pengobatannya akan lebih efektif.
2.1.2
Teori dasar alat Proses pengkabutan disebabkan oleh pecahnya molekul-molekul air yang kemudian menjadi uap atau kabut, karena digetarkan oleh transduser piezoelektrik dengan frekuensi yang cukup besar di atas 1MHz, dan ratarata frekuensi yang digunakan adalah 1,2 MHz. frekuensi tersebut dihasilkan oleh rangkaian osilator frekuensi tinggi, yang membangkitkan transduser untuk mengubah gelombang listrik menjadi gelombang mekanik, dan menekan air sehingga partikel air akan pecah dan menjadi uap.
13
Pada dasarnya gelombang mekanik yang dibangkitkan oleh transduser disebabkan oleh efek piezoelektrik dan sifat atau karakteristirk bahan itu sendiri. Bahan utama yang dapat menimbulkan efek piezoelektrik ini adalah kuarsa, garam Rochelle, dan turmalin. Dimana sifat suatu kristal kwarsa (quartz) jika diberi tekanan mekanik maka dapat menimbulkan getaran, dan getaran inilah yang dimanfaatkan untuk menekan air tersebut sehingga terjadi proses pengkabutan atau nebuliza.
2.1.3
Prinsip dasar alat Prinsip dasar pesawat ini adalah memanfaatkan proses nebuliza atau pengkabutan yang tercampur dengan obat, dan menyalurkannya melalui saluran pernapasan dengan bantuan mouthpiece atau selang saluran udara. Pada alat ini juga ditambahkan blower (kipas) yang dimaksudkan untuk mendorong hasil pengkabutan tersebut agar dapat masuk melalui saluran udara tersebut sehingga dapat masuk ke tubuh pasien (paru-paru), dengan begitu diharapkan terapi pengobatannya dapat lebih efektif. Dalam pelaksanaan pengobatannnya, obat yang akan digunakan terlebih dahulu dicampur dengan aquades dan NaCl (saline solution) dengan kadar 0,9 % yang berfungsi sebagai pelarut, yang kemudian dimasukkan ke dalam tabung pencampur obat dan ditaruh pada medium air sehingga proses pengkabutan yang terjadi adalah hasil dari
14
pengkabutan cairan obat tersebut. Cairan obat yang biasa digunakan dalam terapi pengobatan penyakit pernapasan adalah sebagai berikut : - Bisolvon
- Ventolin
- Atrovent
- Pulmicort
- Bricasma
- Flixotide
-Combivent
Secara umum alat ini terdiri dari beberapa blok rankaian yaitu :
Penampil
LCD
Transduser
Blower
Rangkaian control
Microprocessor 89C51
Power Suplay
Gambar 2.1 Blok diagram pesawat nebulizer
2.2
Mikrokontroler 8951.
Dalam rangkaian berskala besar, biasanya dilengkapi dengan sebuah unit pusat pemrosesan. Pusat pemrosesan ini atau lebih dikenal dengan nama Central Processing Unit ( CPU ) banyak mempermudah pengendalian proses kerja rangkaian.. Dilihat dari komponen pelengkap yang tersusun dalam serpihan prosesor tersebut, ada sebuah prosesor yang didalamnya telah dilengkapi dengan prosesor fungsi matematis ( Math Co-processor ), ada yang dilengkapi dengan pengubah analog ke digital ataupun sebaliknya, adapun yang dilengkapi dengan fasilitas pemrosesan sinyal–sinyal ( DSP, Digital Sinyal Processing ) dan juga telah
15
dilengkapi dengan port-port input/output, ROM, RAM seperti yang telah terdapat pada mikrokontroler.
Gambar 2.2 Susunan Pena Mikrokontroler 8951
2.2.1 Mikrokontroler ATMEL 8951 mempunyai karakteristik sebagai berikut : ¾ Compatible dengan MCS-51 TM ¾ 4K byte EEPROM internal ¾ Frekuensi clock : 0 Hz – 24 Mhz ¾ 32 Programable I/O line ¾ Two 16 bit timer/counter ¾ 64K address space for external data memory ¾ 64K address space for external program memory ¾ 6 interupt sources ¾ Afive – source with two priority level ¾ Full duplex serial port ¾ Bolean processor. Untuk
dapat
berkerja
dengan baik
mikrokontroler
membutuhkan catu daya tunggal sebesar +5 Volt.
16
8951
hanya
2.2.2 Piranti CHMOS. Secara fungsinya, piranti CHMOS ( ditandai dengan huruf C di tengah namanya ) adalah sepenuhnya dengan 8051 tetapi membutuhkan daya yang lebih sedikit dari HMOS. Lebih jauh penyimpanan daya juga tersedia pada rangakaian CHMOS ini, dengan ditambahkan dua jenis penghematan daya yaitu : •
Idle mode, selama dimana CPU dimatikan, RAM dan feriperal lainnya tetap beroperasi. Pada mode ini, arus yang dilewatkan turun hingga 15 % daripada saat piranti berkerja penuh.
•
L,Power Down mode, selama dimana seluruh feriperal di non aktifkan, RAM tetap menggenggam data sebelumnya. Pada mode ini arus yang dilewatkan kurang dari 10 μA.
2.2.3
Central Processing Unit ( CPU ). Central Processing Unit yang terdapat dalam 8951 merupakan CPU 8 bit yang dilengkapi dengan dalam serpihannya dengan frekuensi kerja mulai dari 3,5 MHz sampai dengan 12 MHz. Batas frekuensi kerja minimum ini disebabkan sifat CPU yang tidak statik. CPU banyak menggunakan simpul-simpul dinamik berupa sel-sel penyimpanan sementara yang dibentuk oleh kapasitansi simpul-simpul ground. Pemakaian simpul-simpul dinamik ini ditujukan untuk menghemat
17
transistor yang diperlukan, yang berarti juga penghematan luas serpihan secara keseluruhan. Pada frekuensi yang terlalu rendah isi sel penyimpanan sementara akan mengalami perubahan karena ada kebocoran arus, hal ini mengakibatkan level tegangan pada salah satu simpul CPU berubah.
Perubahan
level
tegangan
pada
salah
satu
simpul
mengakibatkan CPU tidak dapat mengingat operasi yang baru saja dilaksanakan. Waktu pelaksanaan instruksi terpendek adalah satu siklus mesin, sedangkan yang terpanjang empat siklus mesin. Dalam 8951, satu siklus mesin terdiri dari 12 periode osilator. Artinya untuk frekuensi osilator 12 MHZ satu siklus mesin akan dilalui dalam waktu 1 us.
2.2.4 Organisasi Memori. Memori program dan memori data dapat dipisahkan secara logika dengan cara membedakan sinyal PSEN untuk pembacaan program atau data, hasilnya CPU akan dapat mengakses 64 Kbyte data. Lebar memori program selalu 16 Kbyte walaupun kapasitas memori yang digunakan lebih kecil dari 64 Kbyte. Untuk lebar memori alamat internal 8 bit atau 16 bit. Di samping memori data, 8951 juga mempunyai RAM berupa register untuk fungsi khusus ( Special Function Register, SFr ) dengan kapasitas 128 byte.
18
RAM internal sebesar 128 byte ini terdiri dari 32 byte paling bawah dikelompokkan menjadi 4 bank, yang masing masing terdiri dari 8 buah register. Program dapat mengakses register-register tersebut dengan operand R0 sampai R7 pengalamatan register, untuk pemilihan bank dilakukan melalui register program status word, PSW. 16 byte di atas keempat bank register membentuk satu blok memori yang dialamati. Memori data ini dapat dialamati langsung maupun tidak langsung. Register dengan fungsi khusus, SFR terletak pada 128 byte bagian atas memori dan berisi latch port, timer, PSW dan control peripheral. Register-register ini hanya dapat diakses dengan pengalamatan langsung. 16 alamat pada SFR dapat dialamati secara bit atau byte, dan terletak pada alamat yang berakhir 000B.
2.2.5 Port Input/Output. Fasilitas I/O yang disediakan oleh 8951 adalah 32 jalur port, yang selanjutnya dibagi menjadi empat port 8 bit. Masing masing port tersebut bersifat bidereksional, artinya dapat digunakan sebagai output maupun input. Masing masing port dapat hubungi sebagai sekaligus 8 bit ataupun per- bit. Port 1,2,3 mempunyai pull-up internal sedangkan port 0 bersifat open drain. Pada penggunaan port 1,2,3 sebagai input, pin-pinnya pada pull tinggi, selanjutnya dapat diset pada pull rendah pada sumber
19
eksternal. Dengan mengisi satu pada latch, maka port tersebut akan berfungsi sebagai output. Berbeda dengan port 1,2,3 port 0 tidak mempunyai pull-up internal. Jika isi latch di buat satu maka port ini berfungsi sebagai input dan jika isi latch dibuat 0, maka port ini berfungsi sebagai output. Pada instruksi pembacaan, maka mikrokontroler 8951 mengambil data dari EEPROM dan selanjutnya akan diproses sesuai dengan instruksi yang diberikan.
2.2.6 Sistem Interupt. 8951 mempunyai yang berasal dari 5 sumber, dua dari luar atau sumber eksternal melalui pin INT0 dan INT1, satu dari masing masing counter internal (dua buah ) dan satu dari serial port . kelima tersebut dapat diaktifkan sendiri-sendiri ( individual ). Pada penulisan ini, interupt yang digunakan adalah sumber dari luar melalui INT0 dan INT1.
2.2.7 Pengelompokan Intsruksi. Instruksi yang dapat dikelompokan oleh mikrokontroler 8951 dibagi menjadi beberapa kelompok (mode). Pengelompokan ini dilakukan untuk mempercepat proses pengolahan suatu instruksi. Mode pengalamatan instruksi dikelompokan sebagai berikut :
20
2.2.7.1 Pengalamatan langsung atau Digunakan untuk mengakses RAM internal, maupun eksternal, baik untuk operasi aritmatik maupun logika. 2.2.7.2 Pengalamatan tidak langsung Digunakan untuk mengakses RAM internal maupun eksternal, untuk operasi aritmatika maupun logika. 2.2.7.3 Pengalamatan register Digunakan untuk mengakses 32 byte memori data internal paling bawah.
Mikrokontroler 8951 memiliki 40 pin yang dapat dikelompokkan sebagai berikut : Port 0 :
Merupakan bus 8 byte yang berfungsi untuk mentransfer data dan alamat. Pada port ini merupakan open drain sehingga memerlukan pull up eksternal apabila difungsikan sebagai input/output.
Port 1 :
Merupakan 8 bit jalur input/output yang akan dihubungkan ke peralatan (rangkaian) luar dan telah dilengkapi dengan pull up internal.
Port 2 :
Merupakan 8 bit jalur I/O yang akan dihubungkan ke peralatan (rangkaian) luar dan telah dilengkapi dengan pull up internal. Di samping itu masing-masing mempunyai fungsi lainnya, yaitu :
21
¾
Port 3.0 : Sebagai RXD, yaitu pasak pin masukan pada saat mikrokontroler menerima data dari luar dengan sistem komunikasi serial.
¾
Port 3.1 : Sebagai TXD, yaitu pin keluaran pada saat mikrokontroler mengirim data keluar dengan sistem komunikasi serial.
¾
Port 3.2 : Sebagai pin Interupt ( INT0 ) dan
¾
Port 3.3 : Sebagai pin interupt ( INT1 ), pin yang menerima selaan (interupsi) dari luar.
¾
Port 3.4 : Sebagai T0 dan
¾
Port 3.5 : Sebagai T1, yaitu sebagai pin masukan timer atau counter eksternal yang dapat
eeping
secara software. ¾
Port 3.6 : Sebagai WR, yaitu sinyal yang dikeluarkan pada saat mikrokontroler ingin melakukan pembacaan pada memory data eksternal.
¾
Port 3.7 : Sebagai RD, yaitu sinyal yang dikeluarkan pada saat mikrokontroler ingin melakukan penulisan pada memori data eksternal (RAM eksternal).
RST :
Berfungsi untuk mereset mikrokontroler 8951 atau meng-clear control register dan men-set semua port pada mode input.
22
ALE :
Pada saat logika rendah (posisi ALE) digunakan untuk menahan alamat ke memori eksternal. Pada saat berlogika tinggi, maka mikrokontroler pada posisi siap.
PSEN :
Berfungsi untuk mengaktifkan memori program eksternal (eprom eksternal) ke bus.
EA/Vpp :
Saat pada logika tinggi, 8951 melakukan instruksi dari EEPROM internal, sedangkan pada level rendah, 8951 mengambil seluruh intruksi dari EPROM eksternal.
XTAL : Merupakan pin osilator yang menghasilkan clock yang biasanya berasal dari kristal piezo elektrik atau resonator keramik.
2.2.8
On-chip Oscillator. Mikrokontroler 8951 memiliki osilator internal (on chip oscillator) yang digunakan sebagai sumber clock bagi CPU. Untuk menggunakan osilator internal diperlukan sebuah kristal antara pena XTAL1 (X1) dan XTAL2 (X2) dan sebuah kapasitor ke ground seperti terlihat seperti gambar berikut :
23
VCC
IC6 31
EA/VP
19
X1
12MHz 18 33nF
33nF
X2
9
P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
RESET
12 13 14 15
INT0 INT1 T0 T1
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 RD WR PSEN ALE/P TXD RXD
39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 17 16 29 30 11 10
8951
Gambar 2.3 Pemakaian Kristal pada Mikrokontroler 8951
IC6 31 NC
EXTERNAL OSCILATOR SIGNAL
19 18 9 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8
EA/VP X1 X2
P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
RESET INT0 INT1 T0 T1 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 RD WR PSEN ALE/P TXD RXD
39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 17 16 29 30 11 10
8951
Gambar 2.4 Mikrokontroler 8951 menggunakan Sumber Clock Eksternal
Nilai kapasitor yang digunakan untuk kristal yaitu 30 Pf- 10 Pf. Sedangkan untuk resonan keramik yaitu 40 Pf – 10 Pf.
2.3
Transistor Ada berbagai jenis transistor, namun yang umum dikenal adalah transistor yang terbuat dari lapisan material P – N – P atau biasa disebut transistor PNP dan transistor dangan lapisan N – P – N atau transistor NPN. Umumnya bahan yang digunakan adalah silicon dan germanium. Karena piranti ini terdiri dari bahan yang dilapis-lapiskan, maka dinamai pula dengan transistor lapis. Atau
24
eep juga
disebut transistor peralihan atau transistor pertemuan (junction transistor). Sebab bahan-bahan jenis P dan jenis N yang saling dipertemukan, juga dalam transistor pembawa arus dirupakan dengan elektron dan lubang-lubang, maka piranti pun digolongkan dalam transistor dua kutub (Transistor bipoar). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar II.24.
P
N
N
P
(a)
P
N
(b)
Gambar 2.5 Konstruksi transistor Gb II.24 : (a) Transistor tipe PNP (b) Transistor tipe NPN
Transistor dapat dianggap terdiri dari dua buah dioda, bahan jenis P (atau jenis N) yang di kiri dinamai emitor (Gambar 2.5-a atau 2.5-b), sedangkan material jenis P (atau jenis N) yang di kanan dinamai kolektor, dan lapisan yang di tengah dinamai basis. Untuk membedakannya dapat dilihat pada gambar 2.6 Untuk transistor jenis NPN akan berada dalam keadaan saturasi apabila basis diberi tegangan masukan minimal sebesar 0,7 volt pada transistor jenis silicon. Dan 0,3 volt untuk transistor jenis germanium. kolektor
kolektor
basis
basis
emitor
emitor
(a) N PN
(b) PN P
Gambar 2.6 Lambang transistor
25
Transistor dapat dipakai untuk berbagai keperluan, diantaranya :
Menguatkan daya searah ataupun bolak-balik. Prosesnya dinamai penguatan.
Menjangkitkan getaran listrik. Prosesnya dinamai guncangan atau osilasi, sistemnya disebut osilator.
Sebagai saklar elektronik.
2.3.1. Transistor sebagai saklar
Dalam kaitan ini yang akan dibahas adalah penggunaan transistor sebagai saklar, karena cara termudah untuk menggunakan sebuah transistor adalah sebagai sebuah switch. Artinya kita mengoperasikan transistor pada salah satu dari saturasi atau titik sumbat, tetapi tidak di tempat-tempat sepanjang garis beban. Jika sebuah transistor berada dalam keadaan saturasi, transistor tersebut seperti sebuah switch yang tertutup dari kolektor ke emitor. Jika transistor tersumbat (cutoff), transistor seperti sebuah switch yang terbuka. VCC
RC RB VBB
Vout RE
Gambar 2.7 Aplikasi transistor sebagai saklar
26
2.3.2 Garis beban DC Garis beban DC dapat digambarkan pada kurva kolektor untuk memberikan pandangan yang lebih banyak bagaimana transistor bekerja dan daerah operasinya. Pada gambar 2.8, tegangan VCC membias balik dioda kolektor melalui RC. Tegangan pada tahanan ini, yaitu sebesar : VC = VCC – VRE ………………………………… ( 2.1 ) Dan arus sebesar : IC =
VCC
……………………………. ( 2.2 )
RC + RE IC
≈ IE
VRE = IE x RE ………………………………………. ( 2.3 )
2.3.3 Titik sumbat dan Saturasi ( Cut off and saturation ) Cut off adalah titik dimana garis beban memotong kurva IB = 0. pada titik ini arus basis nol dan arus kolektor sangat kecil, sehingga dapat diabaikan (hanya ada arus bocor ICEO ). Pada titk sumbat, dioda emitor tidak lagi dibias maju, dan transistor kehilangan kerja normalnya. Digunakan pendekatan bahwa tegangan kolektor-emitor sama dengan ujung bawah dari garis beban VCE(cutoff) ≈ VCC ………………………………… ( 2.4 ) Perpotongan dari garis beban dan kurva IB = IB B
saturasi. Pada titik ini, arus basis sama dengan IB
27
(sat)
(sat)
disebut
dan arus kolektor
adalah maksimum. Pada keadaan saturasi, dioda kolektor tidak lagi dibiasbalik, dan transistor kehilangan kerja normalnya. Digunakan suatu pendekatan, dimana arus kolektor pada saturasi sama dengan ujung atas dari garis beban, sebesar :
IC(sat) ≈
VCC
……………………………………( 2.5 )
RC
IC
Saturation ( Switch tertutup )
Q ( daerah aktif )
IB > I(sat) VCC RC
IB = I(sat)
IB B
Cut off ( Switch terbuka )
IB = 0 B
0
VCC
Gambar 2.8 Grafik garis beban DC
28
VCE
2.4
KAPASITOR
Kapasitor adalah komponen yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik yang dihubungkan atas dua penghantar yang saling tersekat, di antara kedua penghantar itu ada bahan isolasi (udara, gelas, kertas, mika).Bila suatu terpisah dari suatu plat ke plat yang lainnya maka akan terdapat muatan diantara penyekat tersebut. Muatan ini disebabkan oleh muatan positif pada plat yang kehilangan dan muatan pada plat yang menerima. Kemampuan untuk menyimpan muatan ini disebut kapasitas kapasitor, dengan satuan kapasitas adalah farad (F). apabila diantara keping-keping tersebut ada tegangan 1 volt, kapasitor dapat menyimpan muatan listrik sebanyak 1 coulomb, maka kapasitas kondensator adalah 1 farad.
(a). Kapasitor polar (b).Kapasitor non polar Gambar 2.9 Simbol kapasitor
Faktor-faktor yang menetukan kapasitas kapasitor adalah :
Luas penghantar.
Jarak antara keping penghantar, atau tebal dielektrika.
Jenis dielektrika yang dipakai.
Ini semua dapat dibentuk pada persamaan 2.6 : 29
C
= Σ. L
…….. ……………………………………. ( 2.6)
4πd dimana
: L
= luas penghantar (cm2).
D
= tebal dielektrika (cm).
Π
= 3,14.
Σ
= konstanta dielektika
Jika kapasitor dihubungkan dengan arus bolak-balik akan terjadi arus pengisian dan pengosongan pada setiap perubahan polaritas. Semakin besar kapasitas kapasitor semakin besar pula arus yang mengalir, sehingga resistansi arus bolak-baliknya akan semakin kecil. Resistansi yang dimiliki kapasitor untuk arus bolak-balik disebut dengan reaktansi kapasitif. Besarnya resistansi juga terpengaruh pada nilai frekuensi dari arus bolak-balik tersebut. Semakin tinggi frekuensi maka semakin rendah nilai resistansi yang dimiliki kapasitor. Berbeda dengan sumber DC, kapasitor memiliki resistansi yang tinggi sehingga dapat memblok adanya sumber DC tersebut dan tidak melewatkannya. Nilai reaktansi kapasitif dapat dicari dari persamaan 2.7. : XC
=
1
……………………………………………. (2.7)
2πfc
30
2.5
TRANSDUSER. Transduser adalah komponen yang dapat mengubah gelombang listrik menjadi gelombang mekanik atau getaran. Transduser tersebut terbuat dari bahan kristal yang mempunyai efek piezoelektrik, misalnya bahan kuarsa (Quartz), garam Rochelle, dan turmalin. Jika bahan tersebut diterapkan dengan tegangan ac maka akan bergetar dengan frekuensi yang sama dengan tegangan yang diterapkan. Suatu sifat kristal kwarsa (Quartz) apabila sepotong kristal diberikan tekanan atau tenaga mekanik akan timbul muatan listrik dimana besarnya tegangan yang dihasilkan adalah sebanding dengan tenaga mekanis yang diberikan, bila tegangan yang diberikan berubah-ubah, maka muatan yang dihasilkan juga berubah-ubah. Begitu pula sebaliknya, suatu kristal akan berubah keadaan bentuknya. Pemberian tegangan terhadap kristal, akan menyebabkan bentuk kristal tersebut menjadi melengkung. Apabila pada kristal yang melengkung tidak diberikan tegangan listrik yang tetap dan arus listrik yang konstan maka posisi lengkung dari kristal akan tetap.
KRISTAL
KRISTAL
KRISTAL
+ (a)
(b1)
-
+ (b2)
Gambar 2.10 Bentuk Kristal bentuk kristal tanpa sumber tegangan (b) bentuk kristal dengan adanya sumber tegangan
31
Garam Rochelle mempunyai sifat piezoelektrik yang paling besar bila diberikan tegangan ac, bahan ini akan bergetar lebih banyak daripada kuarsa dan turmalin. Namun secara mekanik bahan ini paling lemah karena mudah patah. Turmalin menunjukkan sifat piezoelektrik yang paling kecil, namun sifat bahannya paling keras. Sedangkan kuarsa adalah kompromi dari sifat piezoelektrik dari garam Rochelle dan kekuatan bahan dari turmalin.
32
BAB III PERENCANAAN DAN REALISASI
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai langkah-langkah yang akan digunakan dalam merealisasikan pembuatan modul rancang bangun alat Ultrasonic Nebulizer seperti yang tercantum dalam tujuan penulisan. 3.1
perencanaan Sistem Kerja Alat Secara Diagram blok secara keseluruhan maka modul rancang bangun Alat ultrasonic Nebulizer ini dapat diuraikan dalam Blok Diagram, sebagai berikut.
Penampil LCD
Blower
Transduser
Rangkaian control
Microprocessor 89C51
Power Suplay
Gambar 3.1 Perencanaan Blok Diagram Ultrasonic Nebulizer
Dari blok diagram di atas terdiri dari blok-blok rangkaian yang akan dijelaskan seperti di bawah ini :
33
3.1.1
Rangkaian Power Suplay Rangkaian ini berfungsi sebagai pensuplay tegangan, bagi blok rangkaian lain. Suplay tegangan yang diberikan adalah tegangan DC yang bervariasi yaitu +12 V, +5V dan 24 VAC
3.1.2
Rangkaian microprocessor Rangkaian ini ini adalah rangkaian inti dari alat ini karena pada rangkain ini terdapat software timer yang mengatur lamanya nebulasi. Pada rangkaian ini juga terdapat software yang mengatur kecepatan dari blower dan memerintahkan penampil lcd untuk menampilkan waktu dari nebulasi dan kecepatan dari blower.
3.1.3
Rangkaian control Rangakaian ini berfungsi untuk
mengontrol kerja dari alat
nebulizer ini dengan menggunakan dua buah tombol interaktif yang dapat mengatur kerja dari proses nebulasi dengan interaktif sesuai dengan tampilan pada rangkaian penampil LCD 3.1.4
Rangkaian blower Rangkaian ini berfungsi untuk mengatur kecepatan dari putaran blower dari rendah sampai ke putaran tinggi sehingga pengabutan dapat berjalan dengan optimal.
3.1.5
Rangkaian penampil lcd Rangkaian ini menggunakan rangkaian lcd 2 X 16 yang sudah terintegrasi. Rangkaian ini berfungsi untuk menampilkan lamanya waktu yang sudah diatur dari rangkaian control dan juga menampilkan
34
pengaturan
interktif yang dapat diakses dengan pushbutton pada
rangkaian control. 3.1.6
Rangkaian tranduscer Rangkaian ini merupakan rangkaian penentu kerja dari alat nebulizer ini,modul tranduscer yang digunakan pada alat ini merupakan tranduscer yang sudah terintegrasi dengan rangkaian oscilator sehingga menjadi tranduscer yang kompak dan simple. Transduser ini
akan
bergetar. Dan memecah molukul-molekul air menjadi kabut hanya dengan memberikan tegangan 24VAC.
Perencanaan rangkaian keseluruhan K3 VCC +5VDC
24VAC
4
1
3 6 24VAC
5
BUZZER
1 2 2
LCD 2 X 16
VCC 12VDC
PIEZOELECTRIC
R2A 1
2
2
RELAY DPST R1A
Q1 2N1723
20 1
1
Q2 2N1723
20 1
21 20 10 35
XTAL1 XTAL2 RST
PSEN ALE/PROG
20
VCC+5VDC TP 1
11 13 14 15 16 17 18 19
R6A
1
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INTO P3.3/INT1 P3.4/TO P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
24 25 26 27 28 29 30 31
SW 3 LEFT
VCC+5VDC
TP 2
R5A
32 33
EA/VPP
SW 2 RIGHT
VCC +12VDC TP 3
AT89C51/LCC C26 CAP NP
FAN 2
TP 4
2
R4A 1 1
R3A 1
20
Q4 20 1 Q3
Gambar 3.2 Rangkaian nebulizer
35
Low Blow
3
High Blow 3
C25 CAP NP
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
20
2 3 4 5 6 7 8 9
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
1
43 42 41 40 39 38 37 36
3
U6 3
3.2
R8 RESISTOR
Pada perencanaan alat nebulizer ini supply tegangan yang digunakan adalah +5VDC, +12VDC dan 24VAC. Tegangan +5VDC digunakan untuk menyuplai rangkaian microcontroler, tegangan +12VDC digunakan untuk menyuplai ke rangkaian control dan tegangan 24VAC digunakan untuk menyuplai ke tranduscer. Switch S1 merupakan saklar utama yang akan menjalankan rangkaian power supply yang akan mendistribusikan tegangan ke seluruh rangkaian. Tegangan +5VDC dihasilkan dari keluaran U1 LM7805 yang akan digunakan sebagai sumber catu daya microcontroler AT89S51 dan blok rangkaian control. Tegangan +12VDC dihasilkan dari keluaran U2 LM7812 yang akan digunakan sebagai sumber catu daya pada rangkaian blower, sedangkan tegangan 24VAC digunakan sebagai sumber catu daya rangkaian tranduscer. Pada saat SW1 diaktifkan microcontroler akan melakukan inisialisasi software dan mengecek seluruh rangkaian yang terhubung dengan microcontroler. Kemudian akan menampilkan proses inisialisai pada layar LCD. Setelah proses inisialisasi selesai pada layar LCD akan menampilkan pengaturan dari lamanya waktu nebulasi. Pengaturan lamanya waktu nebulasi dapat dilakukan dengan menekan tombol SW2 yang merupakan saklar interaktif yang dapat memilih pengaturan untuk 5 menit, 10 menit atau continue. Setelah waktu nebulasi sudah ditentukan dapat dilakukan proses nebulasi dengan menekan tombol SW3 untuk mengeksekusi pengaturan yang sudah di set. Pewaktu akan memulai menghitung maju dari waktu 00:00:00 sampai dengan waktu yang sudah diatur. Pada saat proses nebulasi berlangsung kecepatan dari putaran blower dapat diatur dengan
36
menekan tombol SW2. tersedia dua pilihan untuk pengaturan kecepatan putaran blower yaitu SLOW_BLOW atau HIGH_BLOW. Setelah proses nebulasi selesai sesuai dengan waktu yang sudah ditentukan atau dengan menekan tombol SW3 untuk memberhentikan proses nebulasi apabila pemilihan waktu nebulasi dengan sistem continue, buzzer akan berbunyi untuk menandakan bahwa proses nebulasi sudah selesai dan microcontroler akan kembali ke menu awal sehingga alat nebulizer siap digunakan kembali dengan pengaturan waktu yang baru.
3.2.1
Perencanaan rangkaian power supply
24VAC 24VAC VCC 12VDC 1
T1
5
U2
U3 VCC 5VDC
24VAC SW1 220 VAC
1
4
-
+
1
VIN
VOUT
3
1
VIN
VOUT
3
8 7812
2 C22 CAP
7805 C23 CAP
C24
220 VAC
Gambar 3.3 Rangkaian power supply
Perencanaan rangkaian power supply ini merupakan rangkaian yang akan mendistribusikan tegangan yang akan menjakankan seluruh rangkaian pada alat nebulizer. Tegangan dari jala-jala PLN 220VAC menjadi sumber masukan untuk rangkaian ini setelah melewati SW1 yang berfungsi sebagai saklar utama tegangan 220VAC akan diturunkan oleh trafo step down untuk menghasilkan tegangan 24VAC kemudian akan dirubah menjadi tegangan DC setelah melewati dioda bridge atau dioda penyearah. Setelah diubah menjadi tegangan 24VDC keluaran dari dioda penyearah akan
37
diregulasi menjadi tegangan 12VDC melalui IC7812. keluaran dari IC7812 akan diregulasi menjadi +5VDC melalui IC7805 sehingga keluarannya menjadi +5VDC. Rangkaian power supply ini mempunyai tiga buah keluaran yang akan digunakan untuk menjalankan rangkaian yang lainya. Sumber tegangan +5VDC dgunakan sebagai sumber tegangan bagi rangkaian untuk rangkaian control dan rangkaian microcontroler dan rangkain penampil LCD. Sumber tegangan 12+VDC digunakan untuk menjalankan rangkaian blower. Sedangkan keluaran yang terakhir pada rangkaian power supply ini adalah 24VAC yang digunakan sebagai sumber tegangan untuk rangkaian tranduscer pada rangkaian ini juga menyediakan grounding atau nol untuk keseluruan rangkaian dari alat nebulizer ini.
3.2.3
Perencanaan rangkaian microcontroller
Gambar 3.4 Rangkaian microcontroller
Pada rangkaian microcontroler ini penulis menggunakan rangkaian microcontroler DT51 microsytem yang ada dipasaran. Yang merupakan pengembangan dari mikcrocontroler keluarga MCS-51™ dari innovative 38
electronic yang merupakan minimun system dengan komponen utamanya microcontroler 89C51. Dengan menggunakan DT51 memungkinkan penulis dapat mendownload program untuk software timer dan penampil LCD kemudian menjalankan langsung sebagai minimum sytem stand alone sebagai rangkaian microcontroler. Start
Initialisasi
Tampilkan line 1 menu awal Tampilkan line 2 menu awal
Tampilkan seting timer
Check switch seting timer
Check switch START
Aktifkan timer
INC DATA
Convert data HEX to BCD Sending data BCD to LCD
Check SPEED FAN
Tampilkan line 2 menu awal
SET LOW BLOW
Check switch START
MATIKAN TIMER
Gambar 3.5 Flow chart nebulizer
39
Buzzer and LCD blink
END
Cara kerja dari rangkaian microcontroler dapat dilihat dari flowchart dari program yang ada pada MC89C5. Rangkaian ini mendapat sumber tegangan +5VDC dari rangkaian power supply, pada saat tombol SW1 diaktifkan MC89C51 akan menjalankan program inisialisai dengan menampilkan data inisialisasi pada layar LCD. Setelah program insialisasi selesai MC89C51 akan menampilkan tampilan interaktif yang akan digunakan untuk melakukan pemilihan waktu dari proses nebulasi. Tombol SW2 akan digunakan untuk memulai dan memberhentikan proses nebulasi secara interaktif dengan tampilan pada LCD START atau STOP. Sedangkan pada tombol SW3 digunakan untuk secara interaktif memilih lamanya waktu nebulasi. Setelah watu nebulasi sudah ditentukan dan tombol SART diaktifkan proses nebulasi akan berjalan dengan memberikan sinyal aktif high ke P 2.1 untuk mengaktifkan rangkaian tranduscer dan memulai pewaktu dan menampilkan nya pada layar LCD dengan menampilkan penghitungan maju sampai dengan waktu yang sudah ditentukan. Pada saat proses nebulasi berjalan dapat juga dipilih pengaturan untuk menentukan kecepatan dari putaran blower yang akan mendistribusikan asap nebulsi ke pasien dengan menekan tombol SW3 yang dapat memilih secara interaktfi antara SLOW BLOW atau HIGH BLOW. Pada saat dipilih putaran SLOW BLOW MC89C51 akan memberikan sinyal high melalui port P 2.4 ke rangkaian blower untuk mengaktifkan SLOW BLOW dan sinyal high melalui port P 2.5 untuk HIGH BLOW.
40
Setelah waktu nebulasi sudah selesai atau dihentikan dengan menekan tombol stop pada mode CONTINUE MC89C51 akan menghentikan program pewaktu dan memberikan sinyal high melalui port P 2.0 untuk mengaktifkan buzzer tanda dari proses nebulasi sudah selesai dan program kembali ke menu utama sehingga dapat memulai lagi untuk proses nebulasi selanjutnya.
Perencanaan rangkaian control
VCC_BAR
VCC +12VDC
1
VCC +5VDC
20
FAN
BUZZER
1 VCC_BAR
R4A 1
20
Q4 P 2.4 Low Blow
1 R6A
Q2 2N1723
20 1
P 2.1
SW 3 LEFT
1
3
3
3
PIEZOELECTRIC
R1A
20
20 1
P 2.5 High Blow 3
VCC 12VDC RELAY DPST
R3A 1
Q3
P 2.0
5 1 2
2
2 Q1 2N1723
20 1
3 6
P 2.3
2 R2A
4
24VAC 2
1
K3 24VAC
R5A SW 2 RIGHT
2
3.2.4
P 2.2
Gambar 3.6 Rangkaian control
Rangkaian control pada alat nebulizer penulis menggunakan dua buah tombol yang dapat di akses secara interaktif melalui tombol SW2 da SW3 yang fungsinya akan sesuai dengan yang akan ditampilkan pada sudut bawah kanan dan kiri dari layar LCD. Rangkaian ini akan memerikan informasi sinyal high melalui port P 2.2 untuk SW2 dan port P 2.3 untuk SW3. Rangkaian control ini akan memberikan informasi ke rangkaian microcontroler setelah MC89C51 menjalan kan program untuk pemilihan lamanya waktu nebulasi dengan menekan tombol SW2 dan juga untuk memulai dan menghentikan proses nebulasi dengan menekan tombol SW3. 41
Selain itu rangkaian ini juga dapat memberikan sinyal informasi ke MC89C51 untuk mengatur kecepatan dari putaran blower dengan menekan tombol SW3 pada saat proses nebulasi berjalan. Setelah proses nebulasi selesai rangkaian ini juga akan memberikan informasi ke MC89C51 yang kemudian memberikan sinyal high ke
port P 2.0 untuk mengaktifkn buzzer guna
menandakan proses nebulasi telah selesai. Perencnaan rangkaian blower
VCC +12VDC
2
2
FAN
R3A 1
R4A 20 1 Q3
11
Q4
P 2.5 High Blow
20
3
P 2.4 Low Blow 3
3.2.5
R7 R
Gambar 3.7 Rangkaian blower
Pada perencanaan rangkaian blower ini penulis menggunakan blower 12VDC 1,5 inchi dan 2 buah transistor yang berfungsi sebagai saklar dan resistor yang disusun sebagai pembagi tegangan pada rangkaian SLOW BLOW. Sedangkan pada rangkaian HIGH BLOW tidak digunakan rangkaian resistor yang berfungsi sebagai pembagi tegangan sehingga blower dapat berputar dengan kecepatan yang lebih tinggi dikarenakan mendapat sumber tegangan langsung 12VDC.
42
Rangkaian ini bekerja pada saat port P 2.4 atau P 2.5 mendapatkan sinyal high dari MC89C51 yang mendapat informasi dari tombol interaktif pada saat proses nebulasi sedang berjalan. Kemudian pada saat MC89C51 memberikan sinyal high akan memberikan bias pada basis transistor sehingga arus dari colector yang terhubung dengan blower akan mengalir dari supply teganan +12VDC menjalankan blower kemudian mengalir ke emitor kemudian ke grounding sehingga blower dapat berputar sesuai dengan tegangan yang akan diberikan ke blower yang akan mempengaruhi kecepatan dari blower tersebut.
3.2.6 Perencnaan rangkaian penampil LCD
Gambar 3.8 LCD SPC 2X16
Pada perencanaan rangkaian penampil LCD ini penulis menggunakan SPC SERIAL LCD 2X16 dari innovative electronic yang sudah kompatibel dengan rangkaian DT51 MICROSYSTEM. SPC LCD ini membuthkan supply tegangan +5VDC dan menggunakan port P1 untuk jalur data SPC LCD yang digunakan pada alat nebulizer ini adalah jenis 2X16 yang menggunakan backlight. Sehingga memungkinkan penulis menggunakannya sebagai tampilan yang interaktif karena LCD ini dapat menampilkan dua baris dan 16 karekter maksimum.
43
Data yang dikirimkan oleh MC89C51 akan ditampilkan pada layar LCD dalam dua baris. Pada baris pertama akan ditampilkan lamanya waktu proses nebulasi, sedangkan pada tampilan baris kedua akan berfungsi sebagai tampilan interaktif yang digunakan untuk memilih lamanya waktu nebulasi dan melakukan pemilihan START atau STOP proses nebulasi, selain itu pada saat proses nebulasi berlangsung baris kedua dari layar LCD ini akan menampilkan pilihan interaktif untuk pengaturan kecepatan putaran motor HIG BLOW atau SLOW BLOW. . 3.2.7
Perencanaan rangkaian tranduscer
Gambar 3.9 Tranduscer
Pada rangkaian ini penulis menggunakan tranduscer yang terintegrasi dengan rangkaian pembangkit oscilator sehingga bentuknya menjadi kompak dan dapat mengasilkan frekuensi sebesar 1,3MHz yang dapat menggerakan piezoelectric sehingga dapat bergetar dan memecah partikel air sampai dengan 1µ sehingga cairan tersebut berubah bentuk menjadi awan-awan atau disebut nebul.
44
Tranduscer yang digunakan oleh penulis sebagai pemecah partikel air ini hanya membutuhkan sumber tegangan 24VAC untuk menggerakan piezoelectric sehingga sangat mudah dalam aplikasi penggunaanya. Ketika saklar utama diaktifkan tegangan 24VAC akan standby pada contactor relay dengan kondisi normal open dan siap dialirkan ke rangkaian tranduscer. Ketika tombol SW2 diaktifkan untuk memulai proses nebulasi sinyal aktif high akan diinformasikan ke MC89C51, kemudian MC89C51 akan memberikan sinyal high melalui port P2.1 untuk membias transistor yang berfungsi sebagai saklar, kemudian arus akan mengalir dari colector menuju emitor yang sudah dihubungkan dengan kumparan relay sehingga contactor relay berubah kondisinya menjadi normal close sehingga rangakaian tranduscer mendapat tegangan 24VAC untuk mengaktifkan piezoelectric dan proses nebulasi. Ketika proses nebulasi telah selesai MC89C51 akan memberikan sinyal aktif low sehingga tidak dapat lagi membias transistor sehingga transistor berfungsi sebagai saklar yang terbuka, dan contactor relay kembali ke kondisi normal open.
45
BAB IV PENYAJIAN DAN ANALISA DATA
Pada bab ini penulis akan menguraikan tentang hasil pengujian yang dilakukan pada modul. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah rangkaian yang telah dibuat telah sesuai atau belum dengan yang direncanakan, dan hasil pengujian ini diharapkan dapat menjadi data-data yang dapat mewakili hasil penelitian secara keseluruhan Pengambilan data yang dilakukan penulis adalah dengan menggunakan peralatan bantu pengukuran yang dianggap perlu dalam proses pengujian setelah dilakukan penentuan
titik
pengukuran
(TP).
Titik
pengukuran
ini
dimaksudkan
untuk
mempermudah penulis dalam melakukan pengukuran dan analisa untuk mendapatkan hasil pendataan.
4.1
PERSIAPAN ALAT DAN BAHAN Untuk mendukung pengujian dan pendataan, maka digunakan alat bantu
pengukuran (alat ukur) dalam pelaksanaan pendataan rangkaian sesuai dengan yang telah direalisasikan. Adapun alat bantu pengukuran tersebut adalah sebagai berikut : 1. Satu unit osiloskop Merk
: TEKTRONIK
Buatan
: Korea
46
2. Multitester Merk
: SANWA
Buatan
: Jepang
Selain itu penulis juga menyertakan data-data komponen dalam pembuatan modul rancang bangun pesawat ultrasonic nebulizer, ke dalam beberapa tabel sesuai dengan blok rangkaian. Adapun data-data komponen yang diperlukan dalam pembuatan modul tersebut sebagai berikut : Tabel 4.1 Perincian daftar komponen pada PCB Rangkaian Power Suplay Komponen
Nilai / tipe
Jumlah
Trafo CT
220V / 1A
1 buah
Dioda
Bridge
1 buah
Kapasitor
470μ F
3 buah
IC 7812
Linear
1 buah
IC 7805
Linear
1 buah
Saklar ON/OFF
1 buah
47
Tabel 4.2 Perincian daftar komponen pada PCB Rangkaian MICROCONTROLER Komponen
Nilai / tipe
Jumlah
MICROCONTROLER
MC89C51
1 buah
Transistor
2N3904
4 buah
IC 7805
Linier
1 buah
Crystal
X1 4Mhz
1 buah
Dioda zener
BAT85
2 buah
Dioda
IN4002
1 buah
Inductor
BLM31PG121
2 buah 1 buah
Push button Resistor
10 KΩ
4 buah
1 KΩ
3 buah
39 KΩ
1 buah
6K8Ω
1 buah
4K7Ω
2 buah
390 Ω
2 buah
Dioda LED Kapasitor
2 buah 100 μF
2 buah
100 nF
4 buah
1 μF
1 buah
10 pF
2 buah
Saklar
1 buah
48
Tabel 4.3 Perincian daftar komponen pada PCB Rangkaian Control Komponen Nilai / tipe Jumlah Transistor
2N3904
2 buah
Resistor
1 KΩ
4 buah
Buzzer
5 VDC
1 buah
Relay
12VDC
1 buah
Switch
Push button
2 buah
Tabel 4.4 Perincian daftar komponen pada PCB Rangkaian Blower
Komponen
Nilai / tipe
Jumlah
Blower
12VDC
1 buah
Transistor
2N 3904
2 buah
Resistor
6K8Ω
1 buah
1 KΩ
1 buah
Tabel 4.5 Perincian daftar komponen pada PCB rangkaian penampil LCD Komponen LCD
Nilai / tipe 2X16 SPC
Jumlah 1 buah
Table 4.6 Perincian daftar komponen pada rangkaian tranduscer Komponen Tranduscer
Nilai / tipe Piezoelectric tranduscer
49
Jumlah 1 buah
4.2
METODE PENDATAAN Pada bab ini penulis melakukan pendataan dan pengujian pada tiap-tiap titik pengukuran (TP) yang telah ditentukan. Adapun titik pengukuran yang dimaksud adalah sebagai berikut :
4.3
TP1
: Untuk mengetahui pulsa keluaran pada tombol interaktif SW2
TP2
: Untuk mengetahui pulsa keluaran pada tombol interaktif SW3
TP3
: Untuk mengetahui pulsa keluaran pada putaran fan low blow
TP4
: Untuk mengetahui pulsa keluaran pada putaran fan high blow
TP5
: Untuk mengetahui pulsa inputan pada tranduscer
PENYAJIAN DATA Data hasil pengukuran pada tiap titik pengukuran (TP) tersebut, penulis menyajikannya dalam bentuk tabel dan gambar bentuk pulsa. Adapun hasil pendataan tersebut adalah sebagai berikut :
50
Test Point (TP)
Tabel 4.6 Tabel Pendataan pada tiap TP 1 Keadaan
TP1
Tegangan
3,3 VDC
Table 4.7 Table pendataan pada TP2 TEST POINT
KEADAAN
TP2
TEGANGAN 3,38VDC
51
Table 4.8 Table pendataan pada TP3
TEST POINT
KEADAAN
TP3
TEGANGAN 3,38VDC
Table 4.9 Table pendataan pada TP4
TEST POINT
KEADAAN
TP4
TEGANGAN 3,38VDC
52
Table 4.10 Table pendataan pada TP5
TEST POINT
KEADAAN
TEGANGAN
TP5
24VAC
Tabel.4.11 Tabel uji coba Timer dengan Stopwatch
Setting Timer
Stopwatch
5 menit
4 menit 58 detik
10 menit
9 menit 40 detik
53
4.4 Uji coba klinis alat Pesawat ultrasonic nebulizer dapat digunakan di rumah sakit atau klinik yang biasanya ditempatkan di ruangan emergency, ruang teraphy atau di ruang ICU. Di ruang emergency alat ini digunakan pada kasus yang timbul akibat ganguan jalan nafas pasien yang bias disebabkan oleh alergi atau pasien yang sudah memiliki riwayat asthma. Sedangkan pemakaian di ruang terapi digunakan untuk pasien yang sudah mengidap ganguan jalan nafas ringan sehingga dengan terapi inhalasi diharapkan gangguan dari penyempitan jalan nafas dapat disembuhkan. Untuk penggunaan alat nebulizer di ruang intensive care unit (ICU) digunakan ke pasien yang sudah tidak mampu lagi mengkonsumsi obat melalui metode konvensial melalui oral atau mulut, sehingga digunakan metode inhalasi. Selain digunakan untuk pengobatan penempatan alat ini di ruang ICU juga digunakan untuk terapi dan sebagai pengencer dari slam, dikarenakan pasien yang di rawat di ruang ICU biasanya dibutuhkan waktu yang cukup lama untuk penyembuhan mengingat
kondisidari
pasien yang sudah kronis. Selain digunakan di rumah sakit pesawat ultrasonic nebulizer juga dapat digunakan untuk perawatan di rumah, baik untuk teraphy ataupun pengobatan dengan mengikuti anjuran dosis dari dokter atau teraphist.Untuk mengetahui berapa lama dan efektifnya alat ini penulis melakukan uji coba dengan beberapa range dosis dengan pilihan waktu yang sudah ada.
54
Tabel.4.12 Tabel uji coba dosis Nebulasi
waktu nebulasi 5 10 continues* 5 10 continues* 5 10 continues* 5 10 continues*
Note :
dosis 20ml 20ml 20ml 30ml 30ml 30ml 40ml 40ml 40ml 50ml 50ml 50ml
time lowblow time high blow dosis konsumsi 5 menit 4,5 menit * dosis 20 ml habis dalamwaktu 5 menit dengan lowblow 5 menit 4,5 menit dan 4,5 menit dengan high blow 5 menit 4,5 menit 5 menit 5 menit * dosis 30 ml habis dalamwaktu 10 menit dengan lowblow 10 menit 9 menit dan 9 menit dengan high blow 10 menit 9 menit 5 menit 5 menit * dosis 40 ml habis dalamwaktu 43 menit dengan lowblow 10 menit 10 menit dan 40 menit dengan high blow 43 menit 40 menit 5 menit 5menit * dosis 50 ml habis dalamwaktu 45 menit dengan lowblow 10 menit 10 menit dan 43 menit dengan high blow 45 menit 43 menit
obat yang digunakan pada uji coba adalah BISOLVON dengan pencampur NaCL 0,9%. Pencampuran dengan perbandingan 1:2. Dosis yang digunakan untuk anak-anak ataupun dewasa berdasarkan dosis dari dokter ataupun teraphist, sedangkan lamanya proses nebulasi disesuaikan dengan kebutuhan dan kondisi dari pasien.
55
BAB V
KESIMPULAN
Dari semua apa yang penulis lakukan dari mulai merancang rangkaian sampai dengan tahap pengujian penulis dapat menarik kesimpulan sebagai berikut : 1. penggunaan tranduscer yang terintegrasi dengan rangkaian oscillator dapat menghasilkan proses nebulasi dengan pemecahan partikel ± 1,3µ sehingga dapat digunakan untuk proses terapi atau pengobatan penyakit saluran pernafasan. 2. dengan menggunakan tombol interkatif pesawat nebulizer dapat digunakan lebih mudah (user friendly). 3. dengan menggunakan pewaktu yang bersumber dari software di MC89C51, perbedaan waktu hanya 2-3 detik untuk satu proses nebulasi. 4. dengan adanya pemilihan kecepatan dari blower alat ini dapat digunakan untuk pasien anak-anak dan orang dewasa
56
DAFTAR PUSTAKA
Malvino, Barmawi, Prinsip-prinsip Elektronika, edisi ke tiga Jilid 1 Wasito s, Teknik Arus Searah 1. Malvino, Barmawi, Prinsip-prinsip Elektronika, edisi ke tiga Jilid 2 Instruction Manual, Ultrasonic Nebulizer, Comfort II, Shin-Ei Industries, Inc. JAPAN. Operation Manual, Ultrasonic Nebulizer, Atom Soniclizer 305, Atom Medical Corporation, JAPAN. The Elektur Datasheet Collection Volume 1. The Elektur Datasheet Collection Volume 2. www.innovativeelectronic.com www.asthmaful.com http://www.geocities.com/SiliconValley/Peaks/3938/
57
