RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KADAR HEMOGLOBIN DARAH BERBASIS MIKROKONTROLER SKRIPSI

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KADAR HEMOGLOBIN DARAH BERBASIS MIKROKONTROLER

SKRIPSI

AFFAN MUHAMMAD

PROGRAM STUDI S1 TEKNOBIOMEDIK FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2012

Skripsi

Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kadar Hemoglobin Darah Berbasis Mikrokontroler

Affan Muhammad


RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KADAR HEMOGLOBIN DARAH BERBASIS MIKROKONTROLER

SKRIPSI

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Bidang Teknobiomedik Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

Disetujui oleh:

Pembimbing I

Pembimbing II

Supadi, S.Si, M.Si NIP. 19720918 199802 1001

Drs. Tri Anggono Prijo NIP. 19610517 199002 1001

ii Skripsi


Affan Muhammad


LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI

Judul

: RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KADAR HEMOGLOBIN DARAH BERBASIS MIKROKONTROLER Penyusun : AFFAN MUHAMMAD NIM : 080810296 Pembimbing I : Supadi, S.Si, M.Si Pembimbing II : Drs. Tri Anggono Prijo Tanggal Seminar : 9 Agustus 2012 Disetujui Oleh : Pembimbing I

Pembimbing II

Supadi, S.Si, M.Si NIP. 19720918 199802 1001

Drs. Tri Anggono Prijo NIP. 19610517 199002 1001

Mengetahui : Ketua Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

Ketua Program Studi S1 Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

Drs. Siswanto, M.Si NIP. 19640305 198903 1 003

Dr. Retna Apsari, M.Si NIP. 19680626 199303 2 003

iii Skripsi


Affan Muhammad


PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penyusun dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga.

iv Skripsi


Affan Muhammad


KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Allah SWT yang senantiasa memberikan hidayah, inayah, dan rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan naskah skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kadar Hemoglobin Darah Berbasis Mikrokontroler”. Naskah skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan. Pada kesempatan ini, penyusun menyampaikan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Ketua Departemen Fisika, Bapak Drs. Siswanto, M.Si, yang telah memberikan fasilitas laboratorium untuk pelaksana penelitian skripsi ini. 2. Ketua Program Studi S1 Teknobiomedik, Ibu Dr. Retna Apsari, M.Si, yang telah memberikan informasi tentang penyusunan naskah skripsi ini. 3. Bapak Supadi, S.Si, M.Si selaku pembimbing I yang selalu memberikan masukan dan meluangkan waktu bagi penyusun untuk berkonsultasi. 4. Bapak Drs. Tri Anggono Prijo selaku pembimbing II yang selalu memberikan masukan dan meluangkan waktu bagi penyusun untuk berkonsultasi. 5. Bapak dan Ibu tercintaku yang telah memberikan dukungan material maupun moril. 6. Kartika Indah Pratiwi yang telah memberikan motivasi dan semangat hingga terselesaikan skripsi ini. 7. Dr. Danu Teguh yang telah memfasilitasi dan memberi pengarahan mengenai alat pengukuran kadar hemoglobin darah yang telah ada.

v Skripsi


Affan Muhammad


8. Mas Harry dan zul yang banyak memberikan masukan, serta kritik dan saran yang membangun pada penyusunan naskah skripsi ini. 9. Crew Lapantech yang selalu menemani mengerjakan skripsi dalam suka maupun duka dan semoga tetap memberikan kontribusi dalam pengembangan teknologi medis selanjutnya. 10.Eyang Ati yang selalu memberikan asupan gizi yang baik.sekali lagi terimakasih. 11.Dosen-dosen, staf karyawan, dan teman-teman angkatan 2008 Program Studi S1 Teknobiomedik, Universitas Airlangga serta semua pihak yang telah membantu penyusun selama proses penyusunan naskah skripsi ini. Penyusun menyadari bahwa naskah skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan untuk perbaikan naskah skripsi ini.

Surabaya, Agustus 2012 Penyusun

Affan Muhammad

vi Skripsi


Affan Muhammad


Muhammad, Affan, 2012, Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kadar Hemoglobin Darah Berbasis Mikrokontroler. Skripsi ini dibawah bimbingan Supadi, S.Si, M.Si dan Drs. Tri Anggono Prijo, Program Studi S1 Teknobiomedik Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga.

ABSTRAK Darah terdiri dari beberapa komponen diantaranya eritrosit, dan didalam eritrosit terdapat hemoglobin yang mempengaruhi warna merah p a d a darah. Warna merah dipengaruhi oleh hemoglobin saat mengikat oksigen yang disebut sebagai oksihemoglobin (HbO2). Metode yang digunakan menganalisis kadar hemoglobin darah menggunakan parameter kepekatan warna darah. Alat ini dapat mengukur kadar hemoglobin darah manusia berdasarkan intensitas cahaya yang diterima oleh sensor. Penelitian ini menguji berbagai macam LED sebagai sumber cahaya diantaranya LED merah, biru, dan hijau. LED yang cocok digunakan sebagai alat pengukuran kadar hemoglobin ialah LED hijau. Alat ini mempunyai tingkat keakuratan yang tinggi dalam pengukuran kadar hemoglobin dengan rata-rata persentase kesalahan 1,58% dan tingkat ketepatan sebesar 98,48% jika dibandingkan dengan alat hemotology analyzer.

Kata kunci

: darah, pengukuran hemoglobin, LED

vii Skripsi


Affan Muhammad


Muhammad, Affan, 2012, Design of Microcontroller Based-Blood Haemoglobin Measurement System. This thesis was under the guidance of Supadi, S.Si, M.Si and Drs. Tri Anggono Prijo, Biomedical Engineering, Physiscs Department, Faculty of Science and Technology, Airlangga University.

ABSTRACT

Blood contains several components, one of which is erythrocytes also contain haemoglobin which affects the red color of the blood. The red color is affected by haemoglobin while binding oxygen which then is called oxyhemoglobin (HbO2). The method used in analyzing the blood haemoglobin levels was by using the blood density parameters. This device can measure human blood hemoglobin levels according to the light intensity received by the sensor. This study examined a wide range of LEDs that would be suitable to be used as a light source, such as red, blue, and green LED. The suitable LED, as a tool for measuring blood haemoglobin levels was the green one. This device has a high degree of accuracy in the measurement of hemoglobin levels with the error percentage of 1.58% on average, while the accuracy rate was found to be 98.48% when compared with the haemotology analyzer device.

Keywords: blood, haemoglobin measurement, LED

viii Skripsi


Affan Muhammad


DAFTAR ISI halaman LEMBAR JUDUL ......................................................................................... i LEMBAR PERNYATAAN ........................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN............................................................................ iii LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ..................................... iv KATA PENGANTAR.................................................................................... v ABSTRAK ..................................................................................................... vii ABSTRACT ................................................................................................... viii DAFTAR ISI .................................................................................................. ix DAFTAR TABEL.............................................................................................. xiii DAFTAR GAMBAR...................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xvi BAB I PENDAHULUAN .............................................................................

1

1.1. Latar Belakang Masalah .....................................................................

1

1.2. Rumusan Masalah ..............................................................................

3

1.3. Tujuan Penelitian ...............................................................................

4

1.4. Manfaat Penelitian ..............................................................................

4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................

5

2.1. Pengertian Hemoglobin (Hb) ..............................................................

5

2.1.1 Satuan Kadar Hemoglobin (Hb) ...................................................

5

2.1.2 Struktur Hemoglobin.....................................................................

6

2.1.3 Hubungan Intensitas Warna dengan Hemoglobin ..........................

6

ix Skripsi


Affan Muhammad


2.2 Pemeriksaan Kadar Hemoglobin (Hb) .................................................

8

2.2.1 Metode Sahli (dengan Manual) ....................................................

8

2.2.2 Metode Sianthemoglobin (dengan Spektrofotometer) ...................

9

2.3 Larutan Reagen HCl 0,1 N ..................................................................

10

2.4 Hakekat Cahaya ...................................................................................

10

2.4.1 Gelombang Cahaya ......................................................................

10

2.4.2 Spektrum Gelombang Cahaya ......................................................

11

2.5 Prinsip Dasar Sistem Spektrofotometri ................................................

12

2.6 LED (Light Emitting Diode) .................................................................

13

2.7 Sensor Fototransistor ...........................................................................

14

2.8 Rangkaian Penguat ..............................................................................

15

2.9 Mikrokontroler ....................................................................................

16

2.10 LCD (Liquid Crystal Display).............................................................

18

2.12 Arduino Software ..............................................................................

19

BAB III METODE PENELITIAN .............................................................

21

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .............................................................

21

3.2. Alat dan Bahan ...................................................................................

21

3.3. Prosedur Penelitian .............................................................................

22

3.4 Prosedur Perancangan..........................................................................

24

3.4.1 Perancangan Mekanik ..................................................................

24

3.4.2 Pembuatan Sampel .......................................................................

24

3.4.3 Perancangan Perangkat Optik dan Hardware ...............................

25

3.4.3.1 Komponen Optik ....................................................................

26

x Skripsi


Affan Muhammad


3.4.3.2 Komponen Elektronik .............................................................

26

3.4.3.2.1 Power Supply .......................................................................

26

3.4.3.2.2 Rangkaian Sensor ................................................................

27

3.4.3.2.3 Rangkaian Amplifier .............................................................

28

3.4.3.2.4 Rangkaian Minimum Sistem ................................................

28

3.4.3.2.5 Rangkaian LCD ...................................................................

30

3.4.4 Perancangan Perangkat Lunak ......................................................

31

3.5 Tahap Pengujian ...................................................................................

32

3.6 Tahap Pengambilan Data ......................................................................

33

3.7 Analisis Data ........................................................................................

33

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .....................................................

34

4.1. Hasil Perancangan Alat .......................................................................

34

4.1.1 Perangkat Mekanik ......................................................................

34

4.1.2 Perangkat Keras (Hardware) ........................................................

35

4.1.2.1 Power Supply Adaptor ............................................................

35

4.1.2.2 Ragkaian Sensor Cahaya .........................................................

36

4.1.2.3 Rangkaian Amplifier ...............................................................

37

4.1.2.4 Rangkaian Minimum Sistem ....................................................

37

4.1.2.5 Rangkaian Modul LCD ...........................................................

38

4.1.3 Perangkat Lunak (Software) .........................................................

39

4.1.3.1 Perancangan Perangkat Lunak pada Arduino ..........................

39

4.2 Hasil Pengujian Alat dan Analisis data ................................................

41

4.2.1 Uji Panjang Gelombang ................................................................

41

xi Skripsi


Affan Muhammad


4.2.2 Uji Tansmisi Larutan dengan Perbandingan LED .........................

44

4.2.3 Uji Linieritas Sensor Fototransistor ..............................................

47

4.2.4 Uji Rangkaian Sensor Fototransistor Terhadap Hemoglobin .........

47

4.2.5 Uji Rangkaian Amplifier Terhadap Hemoglobin ..........................

49

4.2.6 Uji Alat Keseluruhan ...................................................................

50

4.3 Pembahasan .........................................................................................

51

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................

54

5.1 Kesimpulan ........................................................................................

54

5.2 Saran ..................................................................................................

54

DAFTAR PUSTAKA..................................................................................... 55 LAMPIRAN

xii Skripsi


Affan Muhammad


DAFTAR ISI halaman LEMBAR JUDUL ......................................................................................... i LEMBAR PERNYATAAN ........................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN............................................................................ iii LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ..................................... iv KATA PENGANTAR.................................................................................... v ABSTRAK ..................................................................................................... vii ABSTRACT ................................................................................................... viii DAFTAR ISI .................................................................................................. ix DAFTAR TABEL.............................................................................................. xiii DAFTAR GAMBAR...................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xvi BAB I PENDAHULUAN .............................................................................

1

1.1. Latar Belakang Masalah .....................................................................

1

1.2. Rumusan Masalah ..............................................................................

3

1.3. Tujuan Penelitian ...............................................................................

4

1.4. Manfaat Penelitian ..............................................................................

4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................

5

2.1. Pengertian Hemoglobin (Hb) ..............................................................

5

2.1.1 Satuan Kadar Hemoglobin (Hb) ...................................................

5

2.1.2 Struktur Hemoglobin.....................................................................

6

2.1.3 Hubungan Intensitas Warna dengan Hemoglobin ..........................

6

ix Skripsi


Affan Muhammad


2.2 Pemeriksaan Kadar Hemoglobin (Hb) .................................................

8

2.2.1 Metode Sahli (dengan Manual) ....................................................

8

2.2.2 Metode Sianthemoglobin (dengan Spektrofotometer) ...................

9

2.3 Larutan Reagen HCl 0,1 N ..................................................................

10

2.4 Hakekat Cahaya ...................................................................................

10

2.4.1 Gelombang Cahaya ......................................................................

10

2.4.2 Spektrum Gelombang Cahaya ......................................................

11

2.5 Prinsip Dasar Sistem Spektrofotometri ................................................

12

2.6 LED (Light Emitting Diode) .................................................................

13

2.7 Sensor Fototransistor ...........................................................................

14

2.8 Rangkaian Penguat ..............................................................................

15

2.9 Mikrokontroler ....................................................................................

16

2.10 LCD (Liquid Crystal Display).............................................................

18

2.12 Arduino Software ..............................................................................

19

BAB III METODE PENELITIAN .............................................................

21

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .............................................................

21

3.2. Alat dan Bahan ...................................................................................

21

3.3. Prosedur Penelitian .............................................................................

22

3.4 Prosedur Perancangan..........................................................................

24

3.4.1 Perancangan Mekanik ..................................................................

24

3.4.2 Pembuatan Sampel .......................................................................

24

3.4.3 Perancangan Perangkat Optik dan Hardware ...............................

25

3.4.3.1 Komponen Optik ....................................................................

26

x Skripsi


Affan Muhammad


3.4.3.2 Komponen Elektronik .............................................................

26

3.4.3.2.1 Power Supply .......................................................................

26

3.4.3.2.2 Rangkaian Sensor ................................................................

27

3.4.3.2.3 Rangkaian Amplifier .............................................................

28

3.4.3.2.4 Rangkaian Minimum Sistem ................................................

28

3.4.3.2.5 Rangkaian LCD ...................................................................

30

3.4.4 Perancangan Perangkat Lunak ......................................................

31

3.5 Tahap Pengujian ...................................................................................

32

3.6 Tahap Pengambilan Data ......................................................................

33

3.7 Analisis Data ........................................................................................

33

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .....................................................

34

4.1. Hasil Perancangan Alat .......................................................................

34

4.1.1 Perangkat Mekanik ......................................................................

34

4.1.2 Perangkat Keras (Hardware) ........................................................

35

4.1.2.1 Power Supply Adaptor ............................................................

35

4.1.2.2 Ragkaian Sensor Cahaya .........................................................

36

4.1.2.3 Rangkaian Amplifier ...............................................................

37

4.1.2.4 Rangkaian Minimum Sistem ....................................................

37

4.1.2.5 Rangkaian Modul LCD ...........................................................

38

4.1.3 Perangkat Lunak (Software) .........................................................

39

4.1.3.1 Perancangan Perangkat Lunak pada Arduino ..........................

39

4.2 Hasil Pengujian Alat dan Analisis data ................................................

41

4.2.1 Uji Panjang Gelombang ................................................................

41

xi Skripsi


Affan Muhammad


4.2.2 Uji Tansmisi Larutan dengan Perbandingan LED .........................

44

4.2.3 Uji Linieritas Sensor Fototransistor ..............................................

47

4.2.4 Uji Rangkaian Sensor Fototransistor Terhadap Hemoglobin .........

47

4.2.5 Uji Rangkaian Amplifier Terhadap Hemoglobin ..........................

49

4.2.6 Uji Alat Keseluruhan ...................................................................

50

4.3 Pembahasan .........................................................................................

51

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................

54

5.1 Kesimpulan ........................................................................................

54

5.2 Saran ..................................................................................................

54

DAFTAR PUSTAKA..................................................................................... 55 LAMPIRAN

xii Skripsi


Affan Muhammad


DAFTAR GAMBAR Nomor

Judul Gambar

Halaman

2.1 Pengukuran Kadar Hemoglobin Sahli...................................................... 9 2.2 Pengukuran Kadar Hemoglobin dengan Sianmethemoglobin .................. 9 2.3 Ilustrasi Radiasi pada Bahan ................................................................... 12 2.4 Simbol dan Rangkaian LED .................................................................... 14 2.5 Sensor Fototransistor............................................................................... 15 2.6 Penguat Non-Inverting ............................................................................ 16 2.7 Konfigurasi Pin pada LM358 .................................................................. 16 2.8 Susunan pin ATMega 328 ....................................................................... 17 2.9 Tampilan Software Arduino .................................................................... 20 3.1 Diagram Alir Prosedur Penelitian ............................................................ 23 3.2 Sampel Darah dan Reagen HCl 0,1 N, dan Pipet Darah ........................... 25 3.3 Diagram blok Keseluruhan Sistem .......................................................... 25 3.4 Rangkaian Sensor Phototransistor .......................................................... 27 3.5 rangkaian Operational Amplifier ............................................................. 28 3.6 Rangkaian Minimum Sistem ................................................................... 29 3.7 Rangkaian Port C sebagai ADC .............................................................. 30 3.8 Rangkaian LCD ...................................................................................... 31 3.9 Flowchart Perangkat Lunak ..................................................................... 31 3.10 Alat HemolotogyAnalizer ....................................................................... 33

xiv Skripsi


Affan Muhammad


DAFTAR GAMBAR Nomor

Judul Gambar

Halaman

4.1 a. Mekanik Tampak Atas......................................................................... 34 b. Mekanik Tampak Dalam ..................................................................... 34 4.2 Power Supply Adaptor 12 Volt................................................................ 35 4.3 Skematik Amplifier ................................................................................. 36 4.4 Rangkaian Amplifier ............................................................................... 37 4.5 Rangkaian Minimum Sistem ................................................................... 37 4.6 Rangkaian Modul LCD ........................................................................... 38 4.7 Software Arduino ................................................................................... 40 4.8 Pembacaan Serial Port............................................................................. 40 4.9 Flowchart Perangkat Lunak ..................................................................... 41 4.10 Grafik Uji Transmisi Larutan dengan HCl 1,5 ml .................................... 45 4.11 Grafik Uji Transmisi Larutan dengan HCl 2 ml ....................................... 46 4.12 Grafik Linieritas Sensor Fototransistor .................................................... 48 4.13 Grafik Linieritas Amplifier...................................................................... 49

xv Skripsi


Affan Muhammad


DAFTAR LAMPIRAN Nomor

Judul Lampiran

1

Hasil Alat Pengukuran Kadar Hemoglobin Darah

2

Listing Program

3

Datasheet Arduino Severino

4

Datasheet Fototransistor PT334-6C

5

Datasheet ATMega 328P

6

Datasheet LM358

xvi Skripsi


Affan Muhammad


1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah Dalam era globalisasi dan informasi seperti sekarang, kemajuan di bidang teknologi menjadi alternatif utama. Teknologi berkembang begitu cepat merambah dalam dinamika kehidupan masyarakat secara menyeluruh, seperti kemajuan teknologi di bidang medis. Pemeriksaan darah dalam bidang medis adalah salah satu bentuk diagnosa dengan memeriksa komponen-komponen yang ada dalam darah untuk pendeteksian suatu penyakit. Salah satu contoh dari pemeriksaan darah ialah pengukuran kadar Hb dalam darah, dimana kadar Hb normal dalam darah adalah 13,4-17,7g% untuk laki-laki dan 11,4-16,1g% untuk perempuan (Zarianis, 2006). Kadar Hemoglobin ialah ukuran pigmen respiratorik dalam butiran-butiran darah merah (Costill, 1998). Jumlah hemoglobin dalam darah normal adalah kira-kira 15 gram setiap 100 ml darah dan jumlah ini biasanya disebut “100 persen” (Evelyn, 2009). Ketidaknormalan kadar Hb dapat dilihat pada penderita demam berdarah dengan kadar Hb lebih tinggi dari harga normal dan penderita anemia dengan kadar Hb kurang dari normal. Pengukuran kadar Hb di laboratorium medis dapat dilakukan dengan mengukur intensitas warna dari sampel darah yang telah diberi reagen. Pengukuran intensitas warna tersebut dapat dilakukan dengan metode

Skripsi


Affan Muhammad


2

sahli (metode manual), maupun dengan metode Sianmethemoglobin (dengan Spektrofotometer). Pada metode sahli darah sampel yang dicampur dengan larutan HCl sebagai reagannya dengan perbandingan tertentu dan ditempatkan pada tabung hemometer. Kemudian sampel darah tersebut sedikit demi sedikit diencerkan dengan akuades hingga warnanya sama dengan warna standar yang telah ditetapkan. Banyaknya akuades yang ditambahkan menunjukan kadar Hb sampel darah. Makin banyak akuades yang ditambahkan makin tinggi kadar Hb dalam sampel darah. Sedang pada metode Sianmethemoglobin sampel darah yang ada diberi larutan drabkin dengan perbandingan tertentu pula dan ditempatkan pada larutan kuvet. Kemudian sampel darah dalam kuvet tersebut diletakan pada suatu alat yang dimanakan Spektrofotometer untuk mendapatkan kadar Hb dari sampel darah tersebut. Kebanyakan laboratorium medis yang ada di Indonesia masih menerapkan cara sahli, karena mahalnya harga Spektrofotometer yang tersedia. Metode sahli diperkirakan memiliki faktor kesalahan kira-kira hingga 10% (Adhisuwignjo, 2010). Penyebab kesalahan utama pada metode ini adalah ketelitian pengukuran kadar Hb dalam darah ditentukan oleh kemampuan individu mengamati perubahan fisik sampel darah, dalam hal ini perubahan warna dan kecocokannya dengan warna standar yang telah ditetapkan. Jika pengukuran dilakukan untuk sampel yang banyak, tentu saja akan melelahkan pekerja medis.

Skripsi


Affan Muhammad


3

Berdasarkan uraian tersebut maka kebutuhkan suatu alat atau sistem yang mampu mengamati perubahan warna dan mencocokanya dengan warna sampel darah standar secara teliti mutlak diperlukan. Dalam hal ini dengan menggunakan spektrofotometer. Penelitian pendahulu yang terkait dengan spektrofotometer telah dilakukan oleh Hadi (2008) dengan menggunakan serat optik untuk mendeteksi kadar ion timbal (Pb) dalam air. Pada penelitian ini mengambarkan bahwa metode spektrofotometri sangat cocok digunakan sebagai pendeteksi dan pengukuran konsentrasi suatu zat. Berdasarkan

latar

belakang

tersebut

penulis

bermaksud

untuk

menggunakan metode spektrofotometri sebagai pengukur kepekatan warna darah. Prinsip kerja dari alat tersebut ialah mengukur intensitas warna pada sampel darah yang diberi reagan yang dimasukan ke dalam tabung reaksi kemudian dengan sumber cahaya tertentu diarahkan menuju sempel yang kemudian sampel akan mengabsorpsi sebagian berkas sedangkan sebagian lagi diteruskan dan ditangkap oleh detektor. Detektor disini berguna sebagai pendeteksi intensitas cahaya yang mengenainya dan akan mengubah menjadi tegangan.

1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang dapat dirumuskan beberapa masalah yang timbul, yakni sebagai berikut: 1. Warna LED apa yang cocok digunakan sebagai sumber cahaya pada alat pengukur kadar hemoglobin darah?

Skripsi


Affan Muhammad


4

2. Bagaimana tingkat keakuratan pada alat ini jika dibandingkan dengan alat pengukuran kadar hemoglobin secara manual?

1.3 Tujuan Penelitian Penelitian yang akan dilakukan ini bertujuan untuk : 1. Merancang sistem pengukuran kadar hemoglobin darah yang dapat digunakan untuk mengukur hemoglobin darah. 2. Mengetahui warna LED yang sesuai sebagai sumber cahaya dalam rancang bangun sistem pengukuran kadar hemoglobin darah. 3. Mengetahui tingkat keakuratan pada alat ini bila dibandingkan dengan metode lain.

1.4 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mempermudah dalam pengukuran hemoglobin dengan metode sahli sehingga hasil yang diperoleh lebih akurat. Diharapkan dengan adanya alat ini praktisi medis tidak mengalami kesulitan lagi dalam penghitungan kadar hemoglobin darah.

Skripsi


Affan Muhammad


5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Hemoglobin (Hb) Hemoglobin adalah protein yang kaya akan zat besi. Memiliki afinitas (daya gabung) terhadap oksigen dan dengan oksigen itu membentuk oxihemoglobin di dalam sel darah merah. Dengan fungsi ini maka oksigen dibawa dari paru-paru ke jaringan-jaringan (Evelyn, 2009). Hemoglobin merupakan senyawa pembawa oksigen pada sel darah merah. Hemoglobin dapat diukur secara kimia dan jumlah Hb/100 ml darah dapat digunakan sebagai indeks kapasitas pembawa oksigen pada darah. Menurut William, Hemoglobin adalah suatu molekul yang berbentuk bulat yang terdiri dari 4 sub unit. Setiap sub unit mengandung satu bagian heme yang berkonjugasi dengan suatu polipeptida. Heme adalah suatu derivat porfirin yang mengandung besi. Polipeptida itu secara kolektif disebut sebagai bagian globin dari molekul hemoglobin (Shinta, 2005).

2.1.1 Satuan Kadar Hemoglobin (Hb) Kadar hemoglobin ialah ukuran pigmenrespiratorik dalam butiran-butiran darah merah (Costill, 1998). Jumlah hemoglobin dalam darah normal adalah kirakira 15 gram setiap 100 ml (Evelyn, 2009). Batas normal nilai hemoglobin untuk seseorang sukar ditentukan karena kadar hemoglobin bervariasi diantara setiap

Skripsi


Affan Muhammad


6

suku bangsa. Namun WHO telah menetapkan batas kadar hemoglobin normal berdasarkan umur dan jenis kelamin (Arisman, 2007). Tabel 2.1 Batas Kadar Hemoglobin (WHO dalam Arisman, 2007) Batas Nilai Hemoglobin Kelompok Umur (gr/%) Anak 6 bulan - 6 tahun 11,0 Anak 6 tahun - 14 tahun

12,0

Pria dewasa

13,0

Ibu hamil

11,0

Wanita dewasa

12,0

2.1.2 Struktur Hemoglobin (Hb) Pada pusat molekul darah terdiri dari cincin heterosiklik yang dikenal dengan porfirin yang menahan satu atom besi, atom besi ini merupakan situs atau lokal ikatan oksigen. Porfirin yang mengandung besi disebut heme. Nama hemoglobin merupakan gabungan dari heme dan globin, globin sebagai istilah generik untuk protein globular. Ada beberapa protein mengandung heme dan hemoglobin adalah yang paling dikenal dan banyak dipelajari. Pada manusia dewasa, hemoglobin berupa tetramer (mengandung 4 submit protein), yang terdiri dari dari masing-masing dua sub unit alfa dan beta yang terikat secara non covalen. 2.1.3 Hubungan Intensitas Warna dengan Hemoglobin Hemoglobin adalah struktur yang terdiri dari haem dan globin, dimana haem adalah yang memberi warna merah pada darah dan globin adalah protein darah. Warna merah hemoglobin berasal dari unsur pembuatnya yaitu zat besi.

Skripsi


Affan Muhammad


7

Pada penelitian ini menggunakan reagen HCl dimana reaksi kimia yang terjadi sebagai berikut : Hb + HCL  Globin + Ferrohem 2Ferrohem + ½ O2 + 2 HCl  2Ferrihemklorida (Hemin) Hemoglobin dihidrolisis dengan HCl menjadi globin ferroheme. Ferroheme dioksidasi oleh oksigen yang ada di udara dan bereaksi dengan ion Cl membentuk ferrihemeclorid yang disebut hematin atau hemin yang berwarna coklat. Warna coklat inilah yang di ukur intensitas cahayanya. Intensitas warna dapat diukur dengan jumlah cahaya yang melewati sampel darah. Jumlah cahaya yang diserap oleh larutan sampel berkaitan dengan konsentrasi unsur di dalam larutan tersebut. Teknik ini dapat digunakan untuk memonitoring perubahan warna dengan perubahan jumlah cahaya yang diabsobsi. Intensitas warna sebanding dengan konsentrasi hemoglobin dalam pengukuran absorban pada panjang gelombang yang paling tepat. Panjang gelombang sumber cahaya harus tepat dalam penentuan nilai absorban karena bila pengujian dilakukan pada panjang gelombang yang tidak tepat berakibat tidak validnya data pengujian. Apabila terjadi perubahan konsentrasi yang besar, nilai absorbannya hanya sedikit berubah. Namun bila diuji dengan panjang gelombang yang tepat (spektrum serapan maksimum) maka apabila terjadi perubahan konsentrasi sedikit saja, maka akan terjadi perubahan konsentrasi yang cukup besar.

Skripsi


Affan Muhammad


8

2.2 Pemeriksaan Kadar Hemoglobin (Hb) Ada 2 metode yang umumnya digunakan dalam pengukuran kadar Hemoglobin, yaitu metode sahli (manual) dan metode Sianmethemoglobin (Spektrofotometer). Kedua metode tersebut berdasarkan prinsip warna. 2.2.1 Metode Sahli (dengan Manual) Diantara metode yang paling sering digunakan di laboratorium dan yang paling sederhana adalah metode sahli, dan yang lebih canggih adalah metode cyanmethemoglobin (Bachyar, 2002). Pada metode Sahli, hemoglobin dihidrolisis dengan HCl menjadi globin ferroheme. Ferroheme oleh oksigen yang ada di udara dioksidasi menjadi ferriheme yang akan segera bereaksi dengan ion Cl membentuk ferrihemechlorid yang juga disebut hematin atau hemin yang berwarna cokelat. Warna yang terbentuk ini dibandingkan dengan warna standar (hanya dengan mata telanjang). Untuk memudahkan perbandingan, warna standar dibuat konstan, yang diubah adalah warna hemin yang terbentuk. Perubahan warna hemin dibuat dengan cara pengenceran sedemikian rupa sehingga warnanya sama dengan warna standar. Karena yang membandingkan adalah dengan mata telanjang, maka subjektivitas sangat berpengaruh. Di samping faktor mata, faktor lain, misalnya ketajaman, penyinaran dan sebagainya dapat mempengaruhi hasil pembacaan. Meskipun demikian untuk pemeriksaan di daerah yang belum mempunyai peralatan canggih atau pemeriksaan di lapangan, metode sahli ini masih memadai dan bila pemeriksaannya telah terlatih hasilnya dapat diandalkan.

Skripsi


Affan Muhammad


9

Gambar 2.1 Pengukuran Kadar Hb Sahli (Adhisuwignjo, 2010) 2.2.2 Metode Sianmethemoglobin (dengan Spektrofotometer) Metode

Sianmethemoglin

didasarkan

pada

pembentukan

sianmethemoglobin yang intensitas warnanya diukur secara fotometri. Reagen yang digunakan adalah larutan Drabkin yang mengandung Kalium ferisianida (K3Fe[CN]6) dan kalium sianida (KCN). Ferisianida mengubah besi spada hemoglobin dari bentuk ferro ke bentuk ferri menjadi methemoglobin yang kemudian bereaksi dengan KCN membentuk pigmen yang stabil yaitu sianmethemoglobin. Intensitas warna yang terbentuk diukur secara fotometri pada panjang gelombang 540 nm (Suryana, 1995). Reagen drabkin terbilang cukup mahal bila dibandingkan dengan reagen HCl.

Gambar 2.2 Pengukuran Kadar Hb Dengan Sianmethemoglobin (Adhisuwignjo, 2010) Selain K3Fe[CN]6 dan KCN, larutan Drabkin juga mengandung kalium dihidrogen fosfat (KH2PO4) dan deterjen. Kalium dihidrogen fosfat berfungsi

Skripsi


Affan Muhammad


10

menstabilkan pH dimana rekasi dapat berlangsung sempurna pada saat yang tepat. Deterjen berfungsi mempercepat hemolisis darah serta mencegah kekeruhan yang terjadi oleh protein plasma. Karena yang membandingkan alat elektronik, maka hasilnya lebih objektif. Namun, fotometer saat ini relatif mahal, sehingga belum semua laboratorium memilikinya. Metode ini dianjurkan oleh WHO karena sampai saat ini dinilai dapat menghasilkan data paling teliti ( Sihadi, 1995).

2.3 Larutan Reagen HCl 0,1 N Alat pengukuran hemoglobin dengan metode sahli menggunakan reagen HCl 0,1 N sebagai pelarutnya. Dimana hemoglobin dihidrolisis dengan HCl menjadi globin ferroheme. Ferroheme dioksidasi oleh oksigen yang ada di udara dan bereaksi dengan ion Cl membentuk ferrihemeclorid yang disebut hematin atau hemin yang berwarna coklat.

2.4 Hakekat Cahaya 2.4.1 Gelombang Cahaya Gelombang cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang biasanya dikarakteristikan dengan panjang gelombang, cepat rambat gelombang, frekuensi gelombang dan lain sebagainya. Panjang gelombang didefinisikan sebagai jarak antara dua titik maksimum atau dua titik minimum yang berdekatan. Sedangkan frekuensi didefinisikan sebagai banyaknya panjang gelombang yang melewati suatu titik dalam satu detik. Cepat rambat gelombang adalah jarak yang

Skripsi


Affan Muhammad


11

ditempuh gelombang (meter) dalam satu detik, hubungan antara panjang gelombang, frekuensi, dan cepat rambat dinyatakan dalam rumus: C=λ.f Dimana

c : Cepat rambat gelombang cahaya (3 x 108 m/s) λ : Panjang gelombang (m) f : Frekuensi gelombang (Hz)

2.4.2 Spektrum Gelombang Cahaya Gelombang elektromaknetik atau gelombang cahaya mempunyai spektrum dengan variasi panjang gelombang (λ) yang sangat banyak, mulai dari 106 m sampai 10-12 m. Dari berbagai macam panjang gelombang yang ada, ternyata sebagian kecil yang dapat dilihat oleh mata, yaitu cahaya dengan panjang gelombang pada daerah sinar tampak yang berkisar 350 – 750 nm. Spektrum gelombang elektromagnetik yang tampak terbagi lagi, dengan pembagi seperti dalam tabel 2.3. Tabel 2.2 Spektrum Warna (Damayanti, 2010) Jenis Warna Ungu Biru Hijau Kuning Jingga Merah

Panjang Spektrum 380 – 450 nm 450 – 495 nm 495 – 570 nm 570 – 590 nm 590 – 620 nm 620 – 750 nm

Gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang sedikit lebih pendek dari sinar tampak disebut sinar ultraviolet, sedangkan gelombang

Skripsi


Affan Muhammad


12

elektromagnetik dengan panjang gelombang sedikit lebih panjang dari sinar tampak disebut sinar inframerah.

2.5 Prinsip Dasar Sistem Spektrofotometri Prinsip dasar sistem spektrofotometri adalah fenomena suatu radiasi bila mengenai suatu bahan, maka radiasi tersebut akan ditransmisikan, dihamburkan, dipantulkan atau mengeksitasi fluoresensi. Proses-proses tersebut diilustrasikan pada Gambar 2.1 di bawah ini Po

Radiasi datang P diserap

Radiasi dipantulkan x

Radiasi dihamburkan Radiasi Fluoresensi

Gambar 2.3 Ilustrasi Radiasi pada Bahan

Bila cahaya datang dan mengenai sampel maka hukum ”Beer-Lambert” menyatakan : −

=

dimana : dx

: tebal benda (sampel)

dIx

: perubahan intensitas sepanjang dx

Ix

: intensitas sumber radiasi (watt/m2)

A

: area yang dikenai radiasi (m2)

k

: koefisien yang bergantung pada sifat molekul dan panjang gelombang radiasi.

Skripsi


Affan Muhammad


13

c

: konsentrasi bahan (ppm)

Bila kedua ruas diintegrasikan, maka :

=− ln( ) − ln( ) = − = Istilah log(I0/I) disebut absorbans (A) yang besarnya kcx. Sehingga probabilitas cahaya diserap atau dihamburkan oleh sampel dinyatakan oleh hukum “Beer-Lambert” berikut ini, =

dengan : I0

: Intensitas radiasi datang

I

: Intensitas radiasi yang diteruskan

c

: konsentrasi bahan

x

: panjang lintasan radiasi melalui bahan

k

: koefisien yang bergantung pada sifat molekul dan panjang gelombang radiasi

2.6 LED (Light Emittng Diode) LED (Light Emitting Diode) merupakan salah satu komponen yang sering digunakan sebagai display. LED ini merupakan salah satu komponen yang digolongkan dalam komponen semikonduktor. Bahan pembentuknya macammacam tergantung dari warna LED yang diinginkan. LED biasa disimbolkan berbentuk seperti dioda namun memiliki tanda panah keluar yang berarti komponen tersebut memancarkan cahaya.

Skripsi


Affan Muhammad


14

Setiap jenis LED mempunyai karakteristik tegangan dan arus yang berbeda-beda. Misalkan saja untuk LED merah, umumnya memiliki tegangan forward (Vf) 1,6 V dan arus normal sekitar 10-20 mA. Semakin besar arus yang melewati LED maka semakin terang nyalanya dan semakin besar daya yang dibutuhkan. Arus ini tidak boleh melebihi batas dari spesifikasi LED tersebut karena jika melebihi dapat membuat LED rusak atau mungkin terbakar. Pada penelitian ini menggunakan LED merah, hijau, dan biru dengan masing-masing range panjang gelombang 620-750 nm, 495-570 nm, dan 450-495 nm

Gambar 2.4 Simbol dan Rangkaian LED (Budianto,2007)

2.7 Sensor Fototrasistor Tranducer cahaya berfungsi utuk mengubah intensitas cahaya menjadi besaran listrik. Ada beberapa macam tranducer cahaya yang ada, antara lain, LDR, Fotodioda, dan fototransistor. LDR mempunyai karakteristik hubungan antara resistansi dan intensitas cahaya yang tidak linier, padahal utuk instrumentasi biasanya membutuhkan kurva yang linier. Fotodioda dan fototransistor lebih baik, karena mempunyai karakteristik kurva yang linier lebih sensitif jika dibandingkan dengan LDR.

Skripsi


Affan Muhammad


15

Gambar 2.5 Fototransistor (Everlight, 2011) Penulis menggunakan fototransistor pabrikan Everlight PT334-6C yang lebih sensitif daripada fotodioda yang ada dipasaran. Fototransistor mempunyai karakteristik sama dengan transistor biasa, tetapi arus basis (Lb) dan arus kolektor (Lc) pada fototransistor berubah sesuai dengan perubahan intensitas cahaya. Hubungan antara besar atas pada lb dan intensitas cahaya adalah linier.

2.8 Rangkaian Penguat Sinyal output tranduser optik pada spektofotometri memiliki amplitudo yang sangat kecil dalam jangkauan mikrovolt hingga milivolt. Amplifier (penguat) untuk memperkuat sinyal dikenal dengan diferensial amplifier. Gambar rangkaian penguat diferensial disajikan pada Gambar 2.3. Operational Amplifier (Op-Amp) merupakan penguat diferensial dengan dua masukan yaitu masukan membalik (inverting) yang diberi simbol (-) dan masukan tak membalik (non-inverting) yang diberi simbol (+) serta satu keluaran. Pada aplikasi spektrofotometri menggunakan penguat non-inverting (tanpa pembalik)

Skripsi


Affan Muhammad


16

Gambar 2.6 Penguat Non-Inverting (Budianto, 2007) LM358 merupakan operational amplifier yang memiliki 2 output dengan input inverting (-) dan non-inverting (+) (Motorola Datasheet, 1996). Konfigurasi pin pada IC LM358 ditunjukkan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Konfigurasi pin pada LM358 (Budianto, 2007) Konfigurasi open-loop pada op-amp dapat difungsikan sebagai komparator. Jika kedua input pada op-amp pada kondisi open-loop, maka op-amp akan membandingkan kedua saluran input tersebut.

2.9 Mikrokontroler Mikrokontroler adalah suatu keping IC dimana terdapat mikroprosesor dan memori program (ROM) serta memori serbaguna (RAM), bahkan ada beberapa jenis mikrokontroler yang memiliki fasilitas ADC, PLL, EEPROM dalam satu kemasan. Ada perbedaan yang cukup penting antara Mikroprosesor dan

Skripsi


Affan Muhammad


17

Mikrokontroler. Jika

Mikroprosesor

merupakan

CPU (Central

Processing

Unit) tanpa memori dan I/O pendukung dari sebuah komputer, maka Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU, Memori , I/O tertentu dan unit pendukung. Kelebihan utama dari Mikrokontroler ialah telah tersedianya RAM dan peralatan I/O Pendukung sehingga ukuran board mikrokontroler menjadi sangat ringkas (Budiarto, 2007). Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data (Andrianto, 2008).

Gambar 2.8 Susunan Pin ATMega 328 (Andrianto, 2008) ATMEGA 328 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMEGA 328 mempunyai throughput mendekati 1 MPS per MHz membuat desain dari sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses (Budiarto, 2007).

Skripsi


Affan Muhammad


18

Susunan pin – pin dari IC mikrokontroler ATMEGA 328 diperlihatkan pada gambar dibawah ini. IC ini tersusun dari 28 pin yang memiliki beberapa fungsi tertentu.

2.10

LCD (Liquid Crystal Display) LCD adalah sebuah display dot matrik yang difungsikan untuk

menampilkan tulisan berupa angka atau huruf sesuai dengan yang diinginkan (sesuai dengan program yang digunakan untuk mengontrolnya). Pada tugas akhir ini penulis menggunakan LCD dot matrix dengan karakter 2 x 16, sehingga kakikakinya berjumlah 16 pin. LCD ini hanya memerlukan daya yang sangat kecil, tegangan yang dibutuhkan juga sangat rendah yaitu +5 VDC. Panel TN LCD untuk pengaturan kekontrasan cahaya pada display dan CMOS LCD drive sudah terdapat di dalamnya. Semua fungsi display dapat dikontrol dengan memberikan instruksi dan dapat dengan mudah dipisahkan oleh MPU. Ini membuat LCD berguna untuk range yang luas dari terminal display unit untuk mikrokomputer dan display unit measuring gages.

Skripsi


Affan Muhammad


19

No. 1

2.11

Symbol Vss

2

Vcc

3

Vee

4

RS

5

R/W

6

E

7 8 9 10 11 12 13 14

DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7

15

V+BL

16

V-BL

Tabel 2.3 Fungsi Pin LCD Level Keterangan Dihubungkan ke 0 V (Ground) Dihubungkan dengan tegangan supply +5V dengan toleransi ± 10%. Digunakan untuk mengatur tingkat kontras LCD. Bernilai logika ‘0’ untuk input instruksi dan H/L bernilai logika ‘1’ untuk input data. Bernilai logika ‘0’ untuk proses ‘write’ dan H/L bernilai logika ‘1’ untuk proses ‘read’. Merupakan sinyal enable. Sinyal ini akan aktif H pada failing edge dari logika ‘1’ ke logika ‘0’. H/L Pin data D0 H/L Pin data D1 H/L Pin data D2 H/L Pin data D3 H/L Pin data D4 H/L Pin data D5 H/L Pin data D6 H/L Pin data D7 Back Light pada LCD ini dihubungkan dengan tegangan sebesar 4 – 4,2 V dengan arus 50 – 200 mA Back Light pada LCD ini dihubungkan dengan ground

Arduino Software

Arduino software merupakan program yang menghasilkan sebuah file hex yang akan di-download pada papan arduino atau papan sistem mikrokontroler lainnya. Program ini mirip dengan Visual Studio, Eclipse IDE, atau Netbeans. Kesemuanya IDE tersebut menghasilkan program dari kode bahasa C (dengan GNU GCC) sedangan Arduino Software (Arduino IDE) menghasilkan file hex dari baris kode yang dinamakan sketch.

Skripsi


Affan Muhammad


20

Gambar 2.9 Tampilan Software Arduino Pada umumnya sketch yang dibuat di Arduino Software di-compile dengan perintah verify / Compile lalu hasilnya di-download ke board mikrokontroler. Program hasil kompilasi ini lalu dijalankan oleh bootloader. Hampir semua IC Atmel AVR dapat diisi dengan bootloader Arduino.

Skripsi


Affan Muhammad


21

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboaratorium Program Studi Teknobiomedik Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga, mulai Februari 2011 sampai dengan juni 2012. Serta dilakukan pengambilan data di RSIA Nur Ummi Numbi Surabaya.

3.2 Alat dan Bahan 1. Bahan yang digunakan dalam penelitian alat: a. Mikrokontroler AVR Berfungsi sebagai pengontrol dan pengkonversi analog ke digital b. Satu Set Alat ukur Hemoglobin Berfungsi sebagai pengambil sampel c. Fototransistor Berfungsi sebagai tranduser cahaya dalam mendeteksi intensitas cahaya yang diterima d. PCB ( Printed Circuit Board) polos dan matrik Berfungsi sebagai tempat komponen elektronika e. LCD Berfungsi untuk menampilkan hasil dari data yang dihasilkan

Skripsi


Affan Muhammad


22

f. Larutan Reagen HCl Sebagai reagen pada darah g. Tabung reaksi Sebagai tempat reagen dan sampel darah 2. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a. PC (Personal Computer) Berfungsi sebagai input program ke mikrokontroler b. Multimeter Berfungsi sebagai alat pengukur tegangan c. Penyedot timah Berfungsi sebagai input program ke mikrokontroler d. Solder Berfungsi sebagai input program ke mikrokontroler

3.3 Prosedur Penelitian Pada penelitian ini terbagi atas dua tahap, yaitu tahap pertama perancangan serta pembuatan sistem hardware dan tahap kedua adalah perancangan dan pembuatan software sebagai pengendali operasi alat. Prosedur yang digunakan dalam perancangan dan pembuatan alat adalah sebagai berikut :

Skripsi


Affan Muhammad


23

Tahap Persiapan

Perancangan Mekanik

Perancangan Hardware - Rangkaian Sensor fototransistor - Rangkaian Amplifier - Rangkaian minimum sistem AVR - Rangkaian LCD

Perancangan Software -Program Arduino

Pembuatan Sampel

Uji Panjang Gelombang

Uji Serapan Larutan

Uji Linieritas Sensor

Uji Amplifier

Uji Alat Keseluruhan

Pengambilan Data

Analisis Data

Alat Siap Pakai

Gambar 3.1 Diagram alir prosedur penelitian

Skripsi


Affan Muhammad


24

3.4 Prosedur Perancangan 3.4.1 Perancangan Mekanik Perangkat mekanik sangat berpengaruh terhadap keberhasilan dibuatnya alat pengukuran hemoglobin. Perangkat mekanik yang sesuai akan mendukung hardware dan software sehingga alat pengukuran hemoglobin sesuai dengan yang diharapkan. Pada penelitian ini, digunakan perangkat mekanik yang terbuat dari box dengan ukuran 10 x 7,5 x 4 (p x l x t). Box hitam ini berisi perangkat optik yang berupa fototransistor dan led sebagai sensor cahaya dan sumber cahayanya. Box ini diberi lubang secara sejajar 90 derajat untuk meletakan tabung reaksi sebagai wadah sampel. Ketepatan, kepresisian, dan kelurusan pada box ini amat diperhatikan. Oleh karena itu didalam box terdapat kotak tempat duduk tabung reaksi yang terbuat dari resin dan akrilik untuk mengurangi tingkat kesalahan yang diakibatkan oleh kesalahan manusia pada saat peletakan alat. Selain itu tempat duduk tabung reaksi harus sejajar dengan lubang pada box sehingga tabung reaksi mampu bekerja dengan sempurna. Pengeboran lubang LED dan sensor harus sejajar agar hasil yang didapat lebih optimal. Lubang yag diberikan untuk LED dan sensor sebesar 5 mm, dan lubang tabung sebesar 1 cm. 3.4.2 Pembuatan Sampel Pembuatan sampel dilakukan dengan menambahkan HCl yang telah ditetapkan sebelumnya yaitu 1,5ml. Darah yang digunakan ialah darah yang berada pada tabung EDTA (Ethylenediaminetetraacetic Acid) untuk

Skripsi


Affan Muhammad


25

menghindari koagulasi sehingga tidak akan mengalami penggumpalan darah. Awalnya darah diambil sebanyak 20 mikro Liter dengan pipet darah kapiler. Kemudian darah dicampur dengan HCl 0,1 N dan tunggu hingga 12 menit hingga warna menjadi coklat tua. Hemoglobin dihidrolisis dengan HCl menjadi globin ferroheme. Ferroheme dioksidasi oleh oksigen yang ada di udara dan bereaksi dengan ion Cl membentuk ferrihemeclorid yang disebut hematin atau hemin yang berwarna coklat.

Gambar 3.2 Sampel Darah, Reagen HCl 0,1 N, dan Pipet Darah

3.4.3 Per Perangkat Optik dan Hardware Sampel Darah 0.02 mL

LCD

Dicampur dalam kuvet

Lar HCl 1,5 mL

Mikrokontroler

Op-Amp

Sensor

LED

Gambar 3.3 Blok Diagram Keseluruhan Sistem

Skripsi


Affan Muhammad


26

Perancangan perangkat keras spektrofotometer meliputi 2 bagian yaitu komponen optik dan peracangan komponen elektronik hardware. 3.4.3.1 Komponen Optik Pada perancangan komponen optik meliputi pemilihan sumber cahaya (LED) dan tabung reaksi. Sumber cahaya yang digunakan adalah LED warna merah, hijau, dan biru. LED biru memiliki panjang gelombang 450 – 495 nm, LED hijau memiliki panjang gelombang 495-570 nm, sedangkan LED merah memiliki panjang gelombang 620-750 nm. Pada penelitian ini nantinya akan dibandingkan dari ketiga LED tersebut yang memiliki serapan absorbsi yang paling baik dengan parameter kelinieran dari output pada sensor cahaya. Intensitas cahaya yang dikeluarkan oleh LED tergantung arus yang mengalir pada LED tersebut. Semakin besar arus yang melaluinya maka intensitas cahaya yang dikeluarkan akan semakin besar, dan semakin kecil arus yang melalui LED maka akan semakin kecil pula intensitas cahaya yang dikeluarkan. Sumber cahaya yang berupa LED ini akan diteruskan ke tabung reaksi yang menggunakan tabung berdiameter 1cm yang memiliki panjang gelombang 3801100 nm. 3.4.3.2 Komponen Elektronik Perancangan komponen elektronik meliputi power supply, sensor cahaya, Op-amp, ADC, mikrokontroler, dan LCD. 3.4.3.2.1 Power Supply Pada penelitian ini menggunakan power supply dari adaptor DC 12 volt dengan arus 1 ampere. Pemilihan adaptor DC dikarena adaptor DC memiliki

Skripsi


Affan Muhammad


27

output tegangan yang stabil. Board mikrokontroler yang digunakan sudah memiliki regulator LM7805 sebagai pengubah tegangan dan menstabilkan menjadi 5 volt. 3.4.3.2.2 Rangkaian Sensor Sensor cahaya berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi besaran listrik. Pada perancangan ini menggunakan sensor fototransistor dengan range panjang gelombang 400-1100 nm sebagai sensor cahaya. Output dari sensor nantinya berupa nilai tegangan. Skema rangkaian sensor fototransistor dapat dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Phototransistor

Prinsip kerja fototransistor apabila tegangan mengalir ke dioda (LED) maka LED akan menyala (memancarkan cahaya), apabila cahaya mengenai fototransistor, maka transistor akan bekerja, secara otomatis colektor akan terhubung ke ground dan Vout akan bernilai rendah. Begitu pula saat cahaya dari LED terhalang dan tidak menerangi fototransistor maka fototransistor akan OFF, sehingga Vout menjadi tinggi.

Skripsi


Affan Muhammad


28

3.4.3.2.3 Rangkaian Amplifier Op-Amp bertujuan mengkonversikan sinyal-sinyal tegangan keluaran sensor fotodioda menjadi sinyal-sinyal tegangan yang kita inginkan, yaitu dalam range 0-5V agar dapat dibaca oleh ADC pada mikrokontroler. Nilai tegangan ini akan dikuatkan dengan penguat op-amp seperti pada gambar 3.4.

Gambar 3.5 Rangkaian Operasional Amplifier 3.4.3.2.4 Rangkaian Minimum Sistem Minimum Sistem mikrokontroler adalah rangkaian elektronik minimum yang diperlukan untuk beroperasinya IC mikrokontroler. Minimum Sistem ini kemudian bisa dihubungkan dengan rangkaian lain untuk menjalankan fungsi tertentu. Mikrokontroler berfungsi sebagai otak dari suatu alat agar bisa berjalan secara otomatis. Pada umumnya mikrokontroler memerlukan 2 elemen yaitu Kristal oscillator (XTAL) dan rangkaian reset. Rangkaian osilator kristal memberikan input clock yang berfungsi memandu kerja mikrokontroler,

Skripsi


Affan Muhammad


29

sedangkan rangkaian reset berfungsi untuk menghentikan segala proses yang dilakukan mikrokontroler sekaligus mengembalikan proses ke tahap awal. Pada penelitian ini penulis menggunakan mikrokontroler ATMega 328 yang di dalamnya terdapat bootloader Arduino sehingga dalam proses pemprogramannya

menggunakan

software

arduino.

Pemilihan

arduino

dikarenakan selain mudah digunakan, mikrokontroler jenis arduino ini merupakan produk baru dipasaran dan mulai berkembang di dunia elektronika.

Gambar 3.6 Rangkaian Minimum Sistem (www.arduino.cc)

Skripsi


Affan Muhammad


30

ADC yang digunakan pada perancangan ini menggunakan ADC internal pada mikrokontroler. ADC merupakan converter analog ke digital, dalam hal ini dari tegangan 0-5 volt menjadi 0-1023 byte. Setelah diperoleh nilai ADC maka akan dicocokan dengan kadar hemoglobin dengan garis linier. Untuk mengetahui ADC telah berjalan dengan baik maka diperlukan uji ADC pada mikrokontroler. Pengujian ADC dengan menggunakan potensiometer 10k Ohm. ADC yang digunakan ialah pin ADC0 (PC0).

Gambar 3.7 Rangkaian Port C sebagai ADC 3.4.3.2.5 Rangkaian LCD LCD difungsikan untuk menampilkan tulisan berupa angka atau huruf. Pada rancang bangun alat pengukuran kadar HB ini LCD digunakan untuk menampilkan niali ADC, serta dapat menampilkan nilai HB yang telah terkonversi dari nilai ADC tersebut. Skema rangkaian LCD dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Skripsi


Affan Muhammad


31

Gambar 3.8 Rangkaian LCD 3.4.4 Perancangan Perangkat Lunak Start

Ambil Data

Konversi Ke nilai HB Display (LCD)

End

Gambar 3.9 Flowchart Perangkat Lunak Pada saat sampel darah sudah dicampurkan dengan 1,5 ml HCl yang telah ditetapkan sebagai reagen, maka led akan menyala. Sumber cahaya dari LED akan meneruskan cahaya sehingga intensitas cairan akan dibaca oleh sensor fototransistor. Sensor tersebut kemudian menganalisis data yang diperoleh dalam keadaan benar atau error. Bila benar maka nilai ADC yang diperoleh akan dikonversi ke nilai HB. Tentunya nilai ADC dari alat ini telah dikalibasi dengan alat hemolotogy analizer

Skripsi


Affan Muhammad


32

yang sudah ada sebagai penentuan kadar HB. Nilai yang telah ditetapkan untuk memperoleh hasil dalam g% yang nantinya akan ditampilkan pada LCD.

Gambar 3.10 Alat hemotology analizer

3.5 Tahap Pengujian Pada tahap ini dilakukan pengujian mekanik, hardware, dan software. Pada pengujian hardware dilakukan pada setiap rangkaian pendukung alat pengukuran hemoglobin darah. Setelah hardware, dan software selesai dikerjakan, maka dilakukan uji kinerja alat antara lain kalibrasi alat secara keseluruhan dengan membandingkan dengan hemolotogy analizer.

Skripsi


Affan Muhammad


33

3.6

Tahap Pengambilan Data Pengambilan data dilakukan untuk menguji seberapa besar kinerja alat

serta untuk mengetahui hasil dari kerja alat tersebut. Hasil yang didapat ditentukan dengan mengukur kinerja sensor dan op-amp sebagai penguat tegangan. Data tersebut diolah keprogram untuk mendapatkan nilai ADC. Pengambilan data diperoleh berdasarkan kadar sampel darah yang cukup terbatas.

3.7

Metode Analisis Data Analisis data ini bertujuan untuk mengetahui apakah rangkaian telah

bekerja dengan baik dan sesuai dengan apa yang penulis harapkan. Untuk mengukur kadar hemoglobin dalam darah maka perlu dikalibrasi dengan alat ukur hemoglobin standart. Awalnya sampel diukur secara manual dengan alat pengukur hemoglobin standart. Setelah diketahui nilai hemoglobin secara analog kemudian dicatat. Sampel yang sama tersebut kemudian diukur dengan alat yang sudah dibuat dan kemudian dicatat nilainya. Hasil percobaan ini dilakukan secara berulang kali dengan metode yang sama.

Skripsi


Affan Muhammad


34

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1

Hasil Perancangan Alat

4.1.1 Perangkat Mekanik Perancangan perangkat mekanik berhasil dibuat dengan menggunakan box hitam untuk menghindari cahaya luar yang masuk. Fototransistor dan LED dipasang sejajar dimaksudkan untuk mendapatkan hasil yang maksimal dan diletakan pada resin. Resin yang dibuat dicampur dengan pewarna hitam agar tidak terjadi pembiasan saat LED dinyalakan. Ukuran lubang sebagai tempat tabung reaksi telah sesuai dengan yang diharapkan. Tabung reasksi dapat berdiri dengan tegang lurus sehingga hasil yang dicapai lebih maksimal.

4

1 2 3

5

Gambar a

Gambar b

Gambar 4.1 a) Sistem Mekanik tampak atas, b) Sistem Mekanik tampak dalam Keterangan gambar: 1. Lubang tempat tabung reaksi 2. Input sensor dan supply sensor

Skripsi


Affan Muhammad


35

3. Supply LED 4. Tempat lubang LED 5. Rangkaian Sensor

4.1.2 Perangkat Keras (Hardware) Pengujian Perangkat keras dilakukan dengan melakukan pengujian untuk tiap rangkaian penunjang. Perangkat keras ini terdiri dari pengujian sumber cahaya yang digunakan, rangkaian sensor fototransistor, rangkaian op-amp, rangkaian LCD, rangkaian minimum sistem dan terakhir dilakukan pengujian alat secara keseluruhan. 4.1.2.1 Power Supply Adaptor Penelitian ini menggunakan power supply dari adaptor DC 12 volt dengan arus 1 ampere. Pemilihan adaptor DC dikarena adaptor DC memiliki output tegangan yang stabil. Board mikrokontroler yang digunakan sudah memiliki regulator LM7805 sebagai pengubah tegangan dan menstabilkan menjadi 5 volt. Adapun adaptor yang digunakan dapat dilihat pada gambar 4.2.

Gambar 4.2 Power Supply Adaptor 12 volt

Skripsi


Affan Muhammad


36

4.1.2.1 Rangkaian Sensor Cahaya Sensor cahaya mengubah besaran cahaya menjadi arus. Oleh pengubah arus ke tegangan arus tersebut diubah menjadi tegangan. Rangkaian sensor cahaya ini untuk mendeteksi intensitas serapan yang diterima dengan sumber cahaya LED hijau ultrabright. Sensor cahaya ini menggunakan sensor fototransistor pabrikan everlight type PT344-6C dengan ukuran 5mm. Gambar dapat dilihat pada gambar 4.1b. 4.1.2.2 Rangkaian Amplifier Rangkaian Amplifier digunakan sebagai penguat dari output sensor fototransistor yang memiliki orde milivolt. Penulis menggunakan IC LM358 sebagai penguat dari sensor. Penulis menggunakan penguat non-inverting karena tidak bersifat pembalik. Penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Adapun rumus yang digunakan ialah : =

=(

+

+ 1)

Hasil dari output non-inverting ini akan selalu bernilai positif. Pada penelitian ini kombinasi resistor yang digunakan ialah Rf = 10k ohm dan Ri = 1k ohm. Gain yang dihasilkan dari amplifier ini sebesar 11x.

Gambar 4.3 Rangkaian Skematik Amplifier

Skripsi


Affan Muhammad


37

Output Amplifier Supply Sensor IC LM 358

Supply Amplifier

Output Sensor

Gambar 4.4 Rangkaian Amplifier 4.1.2.3 Rangkaian Minimum Sistem Pembuatan rangkaian minimum sistem berfungsi sebagai otak dari keseluruhan sistem pengukuran kadar hemoglobin ini, dimana program yang telah dibuat akan dimasukkan kedalamnya. Mikrokontroler berfungsi untuk mengubah analog ke digital dengan fitur ADC pada mikrokontroler, serta berfungsi untuk konversi dari besaran ADC ke nilai hemoglobin. Dalam pembuatan minimum sistem ini, penelitian menggunakan ATmega 328 yang telah diisi bootloader Arduino sehingga dalam pemprogramannya support dengan software Arduino. Hasil pembuatan rangkaian minimum sistem dapat dilihat pada Gambar 4.5.

3 4 6

8 1 5

2 7

Gambar 4.5 Rangkaian Minimum Sistem

Skripsi


Affan Muhammad


38

Keterangan gambar: 1. Regulator LM 7805 sebagai pengubah tegangan dan menstabilkan menjadi 5 volt 2. Jack DC sebagai input dari power supply dari adaptor 3. Port D digunakan untuk LCD 4. IC ATMega 328 5. Port C sebagai ADC 6. Tempat untuk downloader, dengan menggunakan USB to Serial 7. Vcc dan ground untuk keperluan rangkaian lain 8. Tombol Reset untuk mengulangi perintah pada mikrokontroler ke sistem awal 4.1.2.4 Rangkaian Modul LCD Pada penelitian ini digunakan LCD karakter 2 x 16, kaki-kakinya berjumlah 16 pin, serta resistor variabel untuk memberi tegangan kontras pada matriks LCD. LCD digunakan untuk menampilkan kondisi kadar HB sekaligus menampilkan hasil pembacaan nilai ADC. Hasil rangkaian LCD dapat dilihat pada Gambar 4.5.

1 2

Gambar 4.6 Rangkaian Modul LCD

Skripsi


Affan Muhammad


39

Keterangan gambar: 1. VR untuk pengaturan tampilan LCD 2. Tampilan untuk LCD

4.1.3 Perangkat Lunak Perangkat lunak (software) yang digunakan untuk program pengukuran kadar hemoglobin darah ditulis dengan bahasa yang setara bahasa C menggunakan software Arduino. Perangkat lunak ini digunakan untuk menampilkan nilai ADC pada sensor yang telah dikuatkan dan menkonversi nilai ADC menjadi kadar HB dengan regresi dan pengujian yang telah dilakukan. 4.1.3.1 Hasil Perangkat Lunak pada arduino Penelitian ini menggunakan minimum sistem dengan mikrokontroler ATMega 328 yang sudah memiliki bootloader arduino sehingga dapat langsung melakukan input program melalui koneksi serial. Software Arduino sebelumnya harus dipastikan dahulu bahwa port mikrokontroler yang akan di download sudah terbaca dan berjalan dengan baik seperti pada gambar 4.7.

Skripsi


Affan Muhammad


40

Serial Monitoring

Complier Download Program

Save

Gambar 4.7 Software Arduino Software yang telah dibuat pada software arduino sebelumnya harus dipastikan bahwa port mikrokontroler yang akan di-download sudah terbaca oleh software Arduino seperti gambar 4.8.

Gambar 4.8 Pembacaan Serial Port Setelah serial port sudah terdeteksi oleh software Arduino centang port yang sesuai dengan pembacaan PC pada device manager. Compile program dilakukan bila program telah selesai dibuat untuk mengetahui program dalam keadaan eror

Skripsi


Affan Muhammad


41

atau tidak. Jika proses compile berhasil, maka program tersebut dapat disimpan dan program dapat dimasukan ke dalam mikrokontroler. Software yang telah berhasil dibuat pda penelitian ini meliputi program penampilan nilai ADC dan program pengkonversi dari nilai ADC ke nilai kadar Hemoglobin. Listing program dapat dilihat pada lampiran 1. Start

Ambil Data

Konversi Ke nilai HB

Display (LCD)

End

Gambar 4.9 Flowchat Perangkat Lunak

4.2 Hasil Pengujian Alat dan Analisis Data Pada penelitian yang telah dilakukan diperoleh hasil pengujian, antara lain pengujian pada pengujian panjang gelombang LED, uji kelinieran LED, rangkaian sensor, penguat tegangan, dan uji alat secara keseluruhan. 4.2.1 Uji Panjang Gelombang LED merupakan sumber cahaya yang digunakan untuk mendeteksi kadar hemoglobin darah. Sebelum digunakan, LED diukur panjang gelombangnya terlebih dahulu menggunakan metode spektrofotometri. Pengamatan didasari teori peristiwa difraksi sinar oleh kisi difraksi. Agar terjadi bayangan yang terang

Skripsi


Affan Muhammad


42

dilayar (P), beda lintasan (d sin ) kedua sinar datang di P dari kedua celah yang jaraknya (d) harus merupakan kelipatan bulat (n) panjang gelombangnya (). d sin  = n  keterangan : d

= jarak celah

n

= sudut



= sudut difraksi

Berdasarkan hasil pengujian didapatkan data pengukuran sebagai berikut : 1. LED Merah Tabel 4.1 Pengukuran Spektrofotometri LED Merah n 1 2 3

Kanan ( θº ) 183,674 185,524 187,375

Kiri ( θº ) 180,307 178,036 176,925

(n kanan – n kiri)/2 3,367 3,8 5,225

2. LED Biru Tabel 4.2 Pengukuran Spektrofotometri LED Biru n 1 2 3

3.

Kanan ( θº ) 182,4 183,35 184,88

Kiri ( θº ) 179,2 177,76 177

(n kanan – n kiri)/2 1,6 2,795 3,94

Led Hijau Tabel 4.3 Pengukuran Spektrofotometri LED Hijau

n 1 2 3

Skripsi

Kanan ( θº ) 182,33 183,82 185,17

Kiri ( θº ) 179,17 177,08 176,18


(n kanan – n kiri)/2 1,58 3,37 4,495s

Affan Muhammad


43

Tabel 4.4 Hasil Pengamatan Pengukuran Panjang Gelombang Cahaya Tampak No 1

Warna Cahaya Merah

2

Biru

3

Hijau

D 0,00002 0,00002 0,00002 Rata-rata 0,00002 0,00002 0,00002 Rata-rata 0,00002 0,00002 0,00002 Rata-rata

Sin  3,367 3,8 5,225

n 1 2 3

1,6 2,795 3,94

1 2 3

1,58 3,37 4,495s

1 2 3

 (nm) 587,8 661,2 604,5 617,833 558 488 458 501,333 551 588 522 553,67

Spektrofotometri visible disebut juga spektrofotometri sinar tampak. Yang dimaksud sinar tampak adalah sinar yang dapat dilihat oleh mata manusia. Cahaya yang dapat dilihat oleh mata manusia adalah cahaya dengan panjang gelombang 400-800 nm. Sebelum melakukan pengujian, terlebih dahulu melakukan uji panjang gelombang LED yang akan digunakan dalam penelitian. Dari tabel nilai rata-rata pengamatan, diketahui panjang gelombang LED warna merah (610-800 nm) dan hijau (500-560 nm) sesuai dengan range ketentuan warna panjang gelombang. Sedangkan warna biru (435-480 nm) tidak sesuai dengan range panjang gelombang sebenarnya. Hal ini bisa disebabkan dari kurang sempurnanya pengamat dalam mengamati garis n-kanan dan n-kiri dari kisi difraksi sehingga didapatkan data panjang gelombang yang tidak sesuai meski hanya selisih kecil. 4.2.2 Uji Transmisi Larutan dengan Perbandingan LED Penelitian ini menggunakan sumber cahaya sebagai media transmisi ke sensor. Sumber cahaya yang digunakan berupa LED ultrabright yang telah diukur panjang gelombangnya masing-masing. LED yang digunakan ialah LED merah,

Skripsi


Affan Muhammad


44

LED biru, dan LED hijau. Arus yang diberikan ke LED memiliki arus yang konstan sehingga hasil yang didapat lebih valid. Setiap LED memiliki panjang gelombang yang berbeda-beda. Oleh karena itu peneliti perlu menguji ketiga LED tersebut yang cocok digunakan sebagai sumber cahaya yang tepat. Kadar hemoglobin 15,6 digunakan sebagai standart dalam pengujian dan menggunakan HCl 1,5 ml dan 2 ml sebagai pembanding. Pengambilan data dilakukan sebanyak 10x dengan mengamati perubahan tegangan keluaran pada sensor fototransistor sehingga mampu mengetahui LED mana yang lebih stabil digunakan sebagai sumber cahaya. Hasil uji coba LED dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Tabel 4.5 Hasil Pengamatan Uji transmisi Larutan pada LED yang berbeda dengan menggunakan HCl 1,5 ml Macam LED (volt) Waktu

Skripsi

LED Biru

LED Merah

LED Hijau

Menit ke-1

1,34

0,09

0,18

Menit ke-2

1,70

0,10

0,19

Menit ke-3

1,81

0,10

0,19

Menit ke-4

1,88

0,10

0,19

Menit ke-5

1,96

0,10

0,19

Menit ke-6

2,00

0,10

0,20

Menit ke-7

2,05

0,10

0,19

Menit ke-8

2,10

0,10

0,19

Menit ke-9

2,16

0,10

0,19

Menit ke-10

2,13

0,10

0,19


Affan Muhammad


45

2,5

Tegangan (Volt)

2 1,5 Biru

1

Merah 0,5

Hijau

0

Gambar 4.10 Grafik Uji transmisi Larutan pada LED yang berbeda dengan menggunakan HCl 1,5 ml Tabel 4.6 Hasil Pengamatan Uji transmisi Larutan pada LED yang berbeda dengan menggunakan HCl 2 ml Macam LED (volt) Waktu

Skripsi

LED Biru

LED Merah

LED Hijau

Menit ke-1

0,73

0,10

0,15

Menit ke-2

0,93

0,10

0,15

Menit ke-3

1,31

0,10

0,15

Menit ke-4

1,26

0,10

0,16

Menit ke-5

1,16

0,10

0,15

Menit ke-6

1,17

0,10

0,15

Menit ke-7

1,18

0,10

0,15

Menit ke-8

1,14

0,10

0,15

Menit ke-9

1,06

0,10

0,15

Menit ke-10

1,10

0,10

0,15


Affan Muhammad


46

2,5

Tegangan ( Volt)

2 1,5 Biru

1

Merah Hijau

0,5

0

Gambar 4.11 Grafik Uji transmisi Larutan pada LED yang berbeda dengan menggunakan HCl 2 ml Dari tabel dan grafik diatas menunjukan bahwa LED biru tidak stabil digunakan sebagai sumber cahaya dalam alat pengukuran kadar hemoglobin darah. Baik saat reagen HCl 1,5 mL dan 2 mL LED biru tidak bisa bekerja secara konsisten. Pada LED merah terbilang stabil dengan tegangan 0,10 volt dengan menggunakan reagen HCl 1,5 ml namun saat menggunakan reagen HCl 2 ml LED merah tetep menunjukan tegangan 0,10 volt. Hal ini menunjukan bahwa LED merah tidak dapat menembus cairan berwarna coklat. Berbeda halnya dengan LED hijau, saat menggunakan reagen HCl 1,5 ml menunjukan tegangan stabil diangka 0,19 volt. Begitu pula pada saat menggunakan reagen HCl 2 ml menunjukan tegangan sebesar 0,15 volt dengan stabil. Oleh sebab itu LED hijau saat cocok digunakan sebagai sumber cahaya alat pengukuran kadar hemoglobin

Skripsi


Affan Muhammad


47

darah yang memiliki larutan berwarna coklat tua. Arus yang diberikan pada LED terbilang stabil karena dapat dilihat pada LED hijau lebih konstan tidak mengalami perubahan, sedangkan pada LED biru terjadi perubahan karena tidak mengalami absorban dengan baik. 4.2.3 Uji Linieritas Sensor Fototransistor Pengujian kelinieran fototransistor dilakukan dengan membandingkan intensitas cahaya yang mengenainya dengan tegangan keluaran dari fototransistor tersebut. Hasil selengkapnya dapat dilihat pada tabel 4.7. Tabel 4.7 Uji Linieritas Sensor Fototransistor Intensitas Sumber Cahaya (Volt) 5 3 1.5 0

Vout Sensor Fototransistor (Volt) 0.13 1.82 3.43 4.78

Berdasarkan tabel di atas dapat kita simpulkan bahwa pada fototransistor, hubungan antara intensitas cahaya dengan tegangan keluaran fototransistor dapat dikatakan berbanding lurus, atau dengan kata lain fototransistor relatif linier untuk digunakan dalam pembuatan alat yang bersangkutan. 4.2.4 Uji Rangkaian Sensor Fototransistor Terhadap Hemoglobin Pada rangkaian ini dilakukan pengujian kadar Hemoglobin untuk mengetahui tegangan output maksimum dan minimum yang diperoleh rangkaian fototransistor. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 4.8.

Skripsi


Affan Muhammad


48

Tabel 4.8 Analisis Tegangan Output Sensor Kadar Hb g%

Vout 1 (volt)

Vout 2 (volt)

Vout 3 (volt)

Vout Ratarata

10,8

0,153

0,157

0,155

0,155

11,1

0,156

0,165

0,166

0,1623

11,9

0,168

0,172

0,174

0,173

13,9

0,184

0,179

0,186

15,6

0,195

0,194

0,2

0,183 0.203

Dari data diatas nantinya akan dapat dihitung regresi liniernya. Dimana kadar Hemoglobin sebagai sumbu x dan Vout (rata-rata) sebagai sumbu y, sehingga didapat suatu persamaan garis lurus dengan rumus : Vout = 0,0675 + (0,0084 x Hb) Sedangkan untuk data-data di luar range pengukuran tersebut (kadar HB 0-10,7g% dan 15,7-25g%), diasumsikan linier dengan persamaan garis sama seperti data-data dalam range pengukuran. Ini karena data-data diluar range

Tegangan (Volt)

pengukuran sulit didapatkan.

y = 0.0084x + 0.0675 R² = 0.978

0,21

Series1 0,11

Linear (Series1)

0,01 10

12

14

16

Kadar Hemoglobin ( g% )

Gambar 4.12 Grafik Linieritas Sensor Fototransistor

Skripsi


Affan Muhammad


49

Dari data diatas dapat disimpulkan bahwa sensor pabrikan everlight ini memiliki kepekaan yang baik. Hal ini terbukti dengan membandingkan tiap kadar HB yang berbeda sensor mampu membaca dengan baik. Namun penulis mengalami kesulitan dengan keterbatasan sampel yang tersedia diatas 15,6 g%. 4.2.5 Uji Rangkaian Amplifier Terhadap Hemoglobin Pengujian rangkaian amplifier dilakukan untuk mengetahui nilai minimum dan maksimum dari output pada amplifier ini. Dari nilai minimum dan maksimum tersebut nantinya didapat rumus persamaan linier sebagai pengkonversian dari nilai ADC ke kadar hemoglobin. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 4.8.

ADC (byte)

Tabel 4.9 Analisis Tegangan Operational Amplifier Kadar Hb g%

Volt Sensor

Volt Op-Amp

ADC

8,8

0,14

1.61

330

10,8 11,1 11,9 13,9 15,6

0,15 0,16 0,17 0,18 0,20

1.79 1.81 1.88 2.06 2.20

342 348 363 402 425

460 440 420 400 380 360 340 320 300

y = 18,09x + 170,2 R² = 0,994 Op-Amp Linear (Op-Amp) 8

10

12

14

16

Kadar Hemoglobin ( g% )

Gambar 4.12 Grafik Linieritas Amplifier

Skripsi


Affan Muhammad


50

Uji Op-Amp pada penelitian ini menunjukan adanya linieritas antara sensor dan juga op-amp. Persamaan linieritas inilah yang nantinya digunakan sebagai acuan alat pengukuran kadar hemoglobin darah. Dimana bila x sebagai nilai byte ADC dan y sebagai nilai kadar HB maka persamaan liniernya adalah : y = ax + b Hb = (-8.735 * ADC) + 0,05392 Dimana persamaan linier tersebut akan dimasukan kedalam program mikrokontroler untuk dikonversi nilai ADC menjadi Hemoglobin. Kekurangan dalam pengujian ini ialah sulitnya mendapatkan sampel yang memiliki Hemoglobin yang sangat kecil dan Hemoglobin yang tinggi sehingga data linieritas kurang maksimal. 4.2.6 Uji Alat Secara Keseluruhan Pengujian alat secara keseluruhan dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran kadar Hemoglobin dengan menggunakan alat standart yaitu hemalology analyzer (analisis darah) di RSIA Nur Ummi Numbi. Pengujian dilakukan dengan melakukan uji banding sebanyak satu kali pengukuran karena keterbatasan sampel yang ada. Hasil yang diperoleh secara lengkap dapat dilihat pada tabel 4.10.

Skripsi


Affan Muhammad


51

Tabel 4.10 Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan

No 1 2 3 4 5 6 7

Kadar Hemoglobin (g%) Nama Hematology Alat Sampel Analizer Peneliti 12363 12 12.29 23326 13.4 13.80 27575 13 13.10 25763 15.2 15.50 27222 8.6 8.79 27569 14.6 14.56 29098 11.8 11.8 Rata – rata Kesalahan :

Persentase Eror

Persentase Ketelitian

2.416667 2.985075 0.769231 1.973684 2.209302 0.273973 0 1.518276

97.58333 97.01493 99.23077 98.02632 97.7907 99.72603 100 98.48172

Tingkat akurasi alat pengukuran kadar hemoglobin dalam menentukan nilai kadar Hemoglobin dihitung melalui persama : Ketelitian alat = 100 % - persentase kesalahan = 100 % - 1.58 % = 98.48 % Jadi, tingkat akurasi dari kadar hemoglobin darah pada alat ini adalah 98,48 % dengan persentase kesalahan 1,51 %. Permasalahan yang terjadi pada pengukuran kadar hemoglobin darah ialah saat pembuatan sampel yang masih dilakukan secara manual menggunakan pipet kapiler sahli. Pengambilan darah yang berlebih dapat menyebabkan nilai dari pengukuran berbeda.

4.3

Pembahasan Pengukuran kadar hemoglobin secara keseluruhan harus diuji ketepatan

sistem kerjanya. Data yang diambil dari masing-masing pengujian digunakan untuk menentukan kelayakan dari alat yang telah dibuat, apakah dapat berfungsi dengan baik atau tidak.

Skripsi


Affan Muhammad


52

Sumber cahaya merupakan komponen pokok utama dalam penelitian ini. Pengujian sumber cahaya dilakukan dengan mengukur panjang gelombang dan uji absorbsi LED. Hasil pengujian panjang gelombang LED biru 501 nm, panjang gelombang LED merah 617,83 nm, panjang gelombang LED hijau 553,67 nm. Diketahui panjang gelombang LED warna merah (610-800 nm) dan hijau (500560 nm) sesuai dengan range ketentuan warna panjang gelombang. Sedangkan warna biru (435-480 nm) tidak sesuai dengan range panjang gelombang sebenarnya. Hal ini bisa disebabkan kurang sempurnanya dalam mengamati garis n-kanan dan n-kiri dari kisi difraksi. Uji transmisi larutan dilakukan untuk mengetahui LED yang cocok dalam penggunaan sumber cahaya. LED yang diuji ialah LED biru, merah, dan hijau. Pengujian menggunakan sensor sebagai pembacaan tegangan keluaran yang terjadi untuk memperoleh linieritas. Arus yang diberikan pada LED harus stabil untuk menghindari kesalahan pada perolehan data. Hasil uji pada LED biru tegangan tidak stabil sedangkan pada LED merah tidak dapat mengabsorbsi dengan baik karena tegangan output pada sensor tidak berubah saat volume reagen ditambahkan. Hal ini berbeda dengan LED hijau yang memiliki tegangan stabil bila dibandingkan dengan LED biru. Saat ditambah volume reagen, LED hijau dapat berubah dan stabil pada 1 menit selanjutnya. Pengujian ini membuktikan bahwa LED hijau saat cocok digunakan sebagai sumber cahaya. Pada Fotometer hemoglobin penyerapan yang baik pada panjang gelombang 540 nanometer yang luas dan relatif datar. (Brian, 2000).

Skripsi


Affan Muhammad


53

Penggunaan sensor cahaya diperlukan pengujian linieritas sensor. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 4.7. Sensor fototransistor yang digunakan ialah sensor fototransistor everlight type PT344-6C memiliki linieritas sebesar 0,978 yang artinya mendekati angka 1. Jadi hal ini dapat dikatakan bahwa sensor dapat digunakan dengan baik. Begitu pula pada uji amplifier, uji ini dilakukan untuk memperoleh linieritas pada nilai ADC dimana nilai ADC inilah yang akan dikonversi ke nilai kadar Hemoglobin. Dimana nilai ADC sebagai sumbu x dan nilai kadar hemoglobin sebagai sumbu y. Uji Amplifier ini memiliki linieritas 0,994 yang hampir mendekati nilai 1. Pengujian alat keseluruhan dilakukan utuk mengatahui apakah alat sudah bekerja dengan baik atau tidak. Pengujian dilakukan dengan membandingkan alat penelitian dengan hemotology analyzer yang sudah ada. Dari hasil pengujian alat ini telah berhasil dibuat dengan persentase kesalahan sebesar 1,58% dan ketelitian 98,48%.

Skripsi


Affan Muhammad


BAB V SIMPULAN DAN SARAN

5.1 Simpulan Berdasarkan analisis data dan pembahasan yang dilakukan dalam penelitian ini dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. LED hijau mampu diserap oleh larutan dan sebagian ditransmisikan sehingga mampu ditangkap oleh detektor fototransistor. Sedangkan pada LED biru dan LED merah 2. Alat Pengukuran Hemoglobin berbasis mikrokontroler telah dibuat dan dapat bekerja dengan cukup baik. Alat Pengukuran Kadar Hemoglobin ini dapat digunakan untuk menggantikan alat pengukuran manual seperti metode sahli. 3. Alat pengukuran kadar hemoglobin yang telah dibuat mempunyai rata-rata

persentase kesalahan sebesar 1,58% dengan tingkat akurasi sebesar 98,84%.

5.2 Saran Berikut ini adalah beberapa saran yang dapat dipertimbangkan untuk penyempurnaan penelitian lebih lanjut : 1. Dalam pengembangan berikutnya diharapkan menggunakan pipet otomatis

yang telah terkalibrasi dengan baik sehingga meminimalkan kesalahan.

Skripsi


Affan Muhammad


55

2. Perlu penelitian secara lanjut mengenai panjang gelombang dan reagen

yang cocok tepat digunakan sebagai pengukuran kadar hemoglobin. 3.

Pemilihan sensor yang tepat dapat mengoptimalkan kinerja alat

4. Untuk pengembangan lebih lanjut dapat menggunakan jalur data 16 bit dengan harapan bahwa resolusi dan kepresisian dapat ditingkatkan.

Skripsi


Affan Muhammad


56

DAFTAR PUSTAKA

Achmad, B., dan Kartika, F.,2005, Teknik Pengolahan Citra Digital Menggunakan Delphi. Ardi Publishing. Yogyakarta Adhisuwignjo,dkk. 2010. Pemanfaatan Sensor Cahaya Sebagai Alat Pengukur Kadar Hemoglobin dalam Darah. Pra-proposal karya tulis akhir, Jurusan Teknik elektro, Politeknik Negeri Malang, Malang Almatsier, Sunita. 2003. Prinsip Dasar Ilmu Gizi. PT. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta Andrianto, Heri. 2008. Pemrograman Mikrokontroler AVR Menggunakan Bahasa C. Bandung: Penerbit Informatika

ATmega16

Arisman. 2007. Gizi dalam Daur Kehidupan Buku Ajar Ilmu Gizi. Buku Kedokteran EGC. Jakarta Bachyar,dkk. 2002. Penilaian Status Gizi. Buku Kedokteran EGC. Jakarta Blocher, Richard. 2004. Dasar Elektronika. Yogyakarta : Andi Budiarto, Widodo dan Rizal Gamayel. 2007. Belajar Sendiri : 12 Proyek Mikrokontroller untuk pemula. Jakarta : Eex Media Komputindo Bull, Brian S. 2000. Reference Procedurs for the Quantitative Determination of Hemoglobin in Blood; Approved Standard-Trird Edition. USA Hadi,Sari.T., 2008. Pengembangan Spektrofotometri Serat Optic untuk Mendeteksi Kadar ion Timbal (Pb) dalam Air. Skripsi Fakultas Sains dan Teknologi UNAIR. Surabaya Gandasoebrata R, 1999. Penuntun Laboratorium klinik. Penerbit Duan Rakyat. Jakarta Pearce, Evelyn. 2009. Anatomi dan Fisiologi Untuk Paramedis. PT. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta Shinta, Annisa. 2005. Hubungan Antara Kadar Hemoglobin Dengan Prestasi Belajar Siswi SMP Negeri 25 Semarang. Skripsi Fakultas Kesehatan Masyarakat Universitas Negeri Semarang. Semarang Sihadi, Suryana Putra,. 1995. Beberapa metoda Penetapan Kadar Hemoglobin Darah. Cermin Dunia Kedokteran. Jakarta

Skripsi


Affan Muhammad


57

Soesilo,D,. 2006. Perubahan Warna Akibat Penetrasi Teh Hitam Pada Resin Komposit Type Hybrid Dan Nanofiller Pasca Pemolesan, Pra-proposal karya tulis akhir, Fakultas kedokteran Gigi, Universitas Airlangga, Surabaya Widayanti, Sri. 2008. Analisis Kadar Hemoglobin Pada Anak Buah Kapal PT. Salam Pacific Indonesia Lines Di Belawan Tahun 2007. Skripsi Fakultas Kesehatan Masyarakat Universitas Sumatera Utara, Medan Widodo, Rommy Budhi. 2009. Embended System Menggunakan Mikrokontroller Dan Pemroograman C. Yogyakarta Zarianis. 2006. Efek Suplementasi Besi-Vitamin C dan Vitamin C Terhadap Kadar Hemoglobin Anak Sekolah Dasar Yang Anemia Di Kecamatan Sayung Kabupaten Demak. Tesis Program Magister Gizi Masyarakat Universitas Diponegoro. Semarang

Skripsi


Affan Muhammad


LAMPIRAN 1 Hasil Alat Pengukuran Kadar Hemoglobin Darah

Skripsi


Affan Muhammad


LAMPIRAN 2 Listing Program pada Mikrokontroler dengan Software Arduino

#include "LiquidCrystal.h" " // inisialisasi LCD float refVoltage = 5.0 / 1024 ; // variabel ref voltage float sensorVolts; ; // variabel voltage float val ; ; // variabel Hemoglobin float HB; ; // variabel Hemoglobin LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // pin LCD yang diguakan void setup() { Serial.begin(9600); lcd.begin(16, 2); // Pembacaan LCD karakter 16 x 2 lcd.noCursor(); { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("HB Meter"); delay(4000); } { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("AFFAN_MUH"); delay(2000); } { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Loading."); delay(300); } //Tampilan pada awal inisialisasi { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Loading.."); delay(300); }{ lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Loading..."); delay(300); }{ lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Loading...."); delay(500);

Skripsi


Affan Muhammad


}{ lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Loading....."); delay(500); }{ lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Loading......"); delay(500); }{ lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Loading......"); delay(500); }{ lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Loading......"); delay(500); }{ lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(" READY "); delay(1000); } }

// Tampilan pada awal inisialisasi

void loop() { val = analogRead(0); //sensorVolts = refVoltage * val; (digunakan saat pengambilan data awal) HB = -8.735 + (0.053923903 * val) ; // rumus konversi linieritas ADC ke kadar Hemoglobin darah lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(" ADC | HB(g%)"); //tampilan pada kursor (0,0) //lcd.setCursor(0, 1); //lcd.print(sensorVolts); //delay(200);

(digunakan saat pengambilan data awal)

//lcd.setCursor(4, 1); //lcd.print("|");

// Tampilan sebagai pembatas

lcd.setCursor(0, 1); // Peletakan tampilan pada kursor (0,1) lcd.print(val); // pembacaan ADC ditampilkan kursor (0,1) delay(200); // 200 milidetik lcd.setCursor(7, 1); lcd.print("|");

// Tampilan sebagai pembatas

lcd.setCursor(8, 1); // Peletakan tampilan pada kursor (8,1)

Skripsi


Affan Muhammad


lcd.print(HB); // pembacaan HB ditampilkan kursor (8,1) delay(200); // 200 milidetik lcd.setCursor(14, 1); lcd.print("g%");

// Menampilkan satuan hemoglobin

}

Skripsi


Affan Muhammad

RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KADAR HEMOGLOBIN DARAH BERBASIS MIKROKONTROLER SKRIPSI

Recommend Documents