WIRELESSAMBULATORY ELE CTROCARDIOGRAPH MONITOR
SKRIPSI Diajukan Kcpada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Univsrsitas Katolik Widya Mandala Surabaya Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Memperoleh Gelar SarianaTsknik
6/at 7ua <s c8 , 4a51^
fne hqs.' r iJ_J
Oleh: ARIO MARDOWO
t a,
.t
, wrctt U
)
5l o3000032
JURUSANTEKNIK ELEKTRO FAKULTASTEKNIK UNIVERSITAS KATOLIK WIDYA MANDALA
SURABAYA 2005
,
LEMBAR PENGESAHAN AI{BULATORYELECTROCARDIOGMPH Skripsi denganjudul " WTRELESS I'IOMTOII" yang disusunoleh mahasiswa :Ario Mardou'o
o
Nama
r
Nomor pokok : 510300fi)32
r
Tanggalujian : 30 Juni 2005
dinyatakan telah rnemenuhi sebagian p€rsyaratan hrikrilum
.Iurusan Teknik
Elektro gunamemperolehgelar Salana Teknik bidang Telrrik Elelitro. Strabaya, 12 Juli 2005
NIK 51r.97.02'12 Dewanpenguji, Sehretaris,
Ketu4
S.T.,MT. Kris Pusporini, N IK .5 1 1 .9 8 .0 3 3 3
NIK 511.9?.0272 Anggota,
5l 1.98.0349
NIK.511.88.0136
Mengetahui/menyetujui : Dekan FakultasTeknik
NIK.511.89.0154
Ketua JurusanTeknik Elelfto
NIK.5t1.870130
ABSTRAK
Jantung merupakan organ utama dalam sistem peredaran darah manusra. Jantung berdetak untuk memompa darah kira-kira 60-90 kali per menit dan akan terus berdetak hingga akhir hayat. Dunia biomedika yang mempelajari ke{a jantung semakin berkembang dengan ditemukannya el ectrocardi ograph. Dengan alat ini sinyal biopotensial yang dihasilkan oleh j antung dapat langsung dipantau. portahle sebuah adalah electrocardiograph ambulatory Sedang ketika disimpan dan direkam electrocardiograph, dimana sinyal biopotensial manusia sedang melakukan aktivitas. Setelah periode perekaman selesai sinyal biopotensial tubuh dapat diamati dan kondisi jantung dapat didiagnosa. Pada skripsi ini, sinyal biopotensial disadap dari elektroda yang Setelah melalui rangkaian ditempelkan pada permukaan kulit tubuh' instrumentasi dan hasil pengukuran diperoleh, data dikonversikan menjadi sinyal digital yang kemudian ditransmisikan secarawireless dengan pemancar-penenma RF. Data pada rangkaian penerima diteruskan ke PC lewat koneksi serial. Pada PC data akan digambarkan secarareal-time dan disimpan untuk keperluan medis selanjutnya. Dengan adanya skripsi ini diharapkan manusia akan terbantu karena electrocardiogram dapat dipantau secarareal-time pada waktu manusia sedang beraktivitas.
111
KATA PENGANTAR
Puji syukurkepadaTuhanYang Maha Esaatassegalaberkat,karuniadan kasihNya sehinggapenulis dapat menyelesaikanskripsi ini sebagaisalah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Fakultas Teknik Universitas Iktolik Widya MandalaSurabaya. Selesainyapenyusunanskripsi ini tentunyatidak terlepasdari bantuan berbagai pihak. Akhimya pada kesempatanini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis selama pelaksanaan penelitiandanpenyusunan laporanhasil penelitianini, antaralain: 1. Bapak Ferry A. V. Toar, S.T., M.T., selakudosenpembimbingyang telah pembuatandan memberikanbanyakbantuandanpetunjukdalamperancangan, penulisanskripsiini. 2. BapakIr. RasionalSitepu,M.Eng., selakuDekanFakultasTeknik Universitas Katolik Widya MandalaSurabaya. 3. Bapak Ir. A.F. Lumban Tobing, M.T., selakuKetua JurusanTeknik Elektro FakultasTeknik UniversitasKatolik Widya MandalaSurabaya. 4. Bapak Hartono Pranjoto, Ph.D., selaku pembimbing akademik yang telah telah memberikandukungan. 5. Ibu Kris Pusporini,S.T., M.T., selakuKoordinatorLaboratoriumBiomedika yangtelahmemi4jamkanfasilitasLaboratorium.
1V
6 . Bapak Drs. Peter R. Angka, M.Komp., Ibu Ir. Melani Satyoadi,Ibu Lanny Agustine, S.T., M.T., Bapak Antonius Wibowo, S.T., Bapak Hendro Gunawan,S.T, yang telah banyakmemberikaninformasi dan dukunganbagi penulisrmtukpembuatanskripsiini. 7 . Papa,mama,saudara,danadik-adiktercinta,yangtelahmemberikandorongan semangatkepada penulis sehinggaperancangan,pembuatandan penulisan skripsi ini dapatterselesaikan. 8 . Rekan-rekanmahasiswa,LaboratoriumBiomedika (Sony, Didik, Yuwono, Stephanus,Christian, Keen, Benny, Even), Laboratorium Digital (Yulius, Redi), LaboratoriumKonhol (Rahardian,Bil1y, Ary, Jeffry), Laboratorium Pengukuran(Gatut, Renny, Gatot, Budi, Andik, Poncho), Laboratorium Komputer Terpadu (Michael, fuif,
Cendta, Vincent), Laboratorium
Komputasi(Andrik, Arvin cs), LaboratoriumTelekomunikasi(Rona,Ucup), yang banyak membantudalam hal diskusi teknik dan peminjamanalat-alat laboratorium. 9. Rekan-rekanalumnusJurusanTeknik Elektro,Chandra,Rudy, Singgih,Yuda, Roy, Yohanes,Igit. 10.Temandekat saya,Merry, yangjuga telah banyakmemberikanmotivasi dan doronqan.
Surabaya,17 Juni 2005
DAFTAR ISI
' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' I' '
H a l a m aJnu d u l " . . ' . . . . . . . ' .
"""""""""""""'
LembarPengesahan....
ii
Abstrak..........
""""""""" iii
KataPengantar
"" """" "'iv """"""""""""'vi
Daftarlsi
""""""""'x
DaftarGambar DaftarTabel BabI Pendahuluan......."'.""
""""""""""
xiv
"""""""""'
I-1
"""""""""'I-l
1 . 1 .L a t a r B e l a k a n g . . . " "
""""""I-5
1 . 2 .T u j u a n . . . . .
""""""""
Masalah 1.3.Perumusan
' I-6
""""""I-6
1.4.MetodologiPerancangan Masalah'"""" 1.5.Pembatasan
""""' I-8
Penulisan"""' 1.6.Sistematika
""""" I-8 """"""""""
BabII TeoriPenunjang"""
II-1
2 . 1 .B i o p o t e n s i a l " " " " " " " " "
""""""'II-2
2.2 BiopotensialJantung
"""" """"II-3 """""""""'
2.3 Electrocardiogram
II-5
""" ""' II-7
2.4 Electrocardiograph"""'
"""""" II-9
2.5 Koneksi-Lead """"""""
\.r
"""""" II-14
2.6 Elektroda
.".'..".."' II-16
2.7 PengtatInstrumentasi
. . . . ' . . . .[ .-.1 7
2.8 Filter.......
""' f r d eS a t u . . ' . ' . . . . ' . . . ' . ' . . . . . . ' . I. I. -. .18 s i l t e rP a s \ O 2 . 81 . H i g h P a sF '....'.'.'." ' II- I 8 2.8.2 Low PassFilter Aktif OrdeDua...'................. [-19 2.8.3 BandstopFilterlNotchFilter OtdeDua................'..."' 2.9 PenguatMembalik danPenguatPenjumlahMembalik ....""" II-20 TLP/RLP434A....'.".........." "" " II-2I Penerima 2.10 Modul Pemancar ...'.......... AT90S4433 2.11 Mikrokontroler
""""""'II-22
.......'."..." " " " II-23 2.11.1 KonfigurasiMikrokontrolerAT90S4433 2.t1.2 ADC..
.......II-25
l ART........... 2 . 1 1 . 3S e r i aU
"""" II-28
TTL ke RS232.......'..... "'...""" "' II-31 LevelTegangan 2.12 Konverter II-34 Positifke Negatif....".............""' LevelTegangan 2.13 Konverter 2.14 DiodaReferensi
"""""""""""II-35
Keras.........""'.""""" III-I Perangkat danPembuatan Bab III Perancangan Sistem 3.1.Perancangan
"""""""""il-l
Keras"................. Perangkat 3.2.Perancangan PenguatInstrumentasi. 3.2.l. Rangkaian
""""' [I-4 """""" "' II-4
3.2.2.RangkaiartLeadSelector'.................. """""[I-9 """"" il-10
Fi1ter......... 3.2.3.Rangkaian Akhir.'..."'.'... Penguat 3.2.4.Rangkaian
""""""" UI-12 """' m-13
Data.....' 3.2.5.Blok Transmisi
vll
v111
Daftar Pustaka Lampiran 1. SkemaLengkapRangkaian Lampiran2. Listing Program Lampiran3. DatasheetMODULRF TLP/RLP434A AT90S4433 Lampiran4. DatasheetMIY'-ROKONTROLER Lampiran5. DatasheetOPAMP INA1 14 Lampiran6. DatasheetOPAMP LMC6464 Biodata
1X
DAFTAR GAMBAR
jantung GambarI .1. Sistembiopotensial
.....'...'...'......I- 1
jantungdenganEKG .'.'...'.............'.I-2 sinyalbiopotensial Gambar1.2.Pengamatan Gambar 1.3. Sinyal biopotensialjantung i-4 ...'........
Gambar1.4.Contohambulatory8KG......".....
...........'.....I-7
wirelessEKG....'........ Gambar1.5.Gambaransederhana
"""" II-l
Gambar2.1. Diagramblok lengkap G a m b a 2r . 2 .P o t e n s i aml e m b r a ns e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ' . . . . . . . . . . . . .
..."""." II-3
jantung... Gambar2.3. Aliran sinyal depolarisasi
""""' II-4
Gambar2.4. P-waveyang terukurpadakoneksilead | ..'........
" "" "" II-5
Gambar2.5. R-wave danT-waveyang terukurpadakoneksilead I.. '. ..'. ..." ' " " " " " II-6 Gambar2.6. Rentangwaktu sinyal PQRST.'..'....
"""" 1I-6
Gambar2.7. Capillary electrometerdan distribusi potensial denyut jantungpadahewandan manusia Gambar2.8. Prediksi sinyal jantung oleh Burch dan Einthoven
II-7
"""""'
"""" II-8
Gambar2.9. Electrocardiograph Einthoven yang dibangun pada tahun 1911'.."..' II-9 G a m b a r 2 . 1 0M. o m e n d i p o l e 1 a n f x r g . . . . . . ' . . . . . . . . . ' .
"""" il-10 "'.""""""""'
il-11
pengukuranlead I,II dan III" """" """""' Gambar2.12. Sinyal ErKGberdasarkan
II-12
G a m b a r 2 . 1 1K. o n e k s si t a n d alre a d I , I I , m . ' . . . . . . . . . . ' . . . .
Gambar2.13.Lead aYR,aVL, aVf ....
"" I-13
Gambar 2.14. Koneksi elektroda dadadenganEI(G
"" iI-14
...""""""""" [- 14
G a m b a2r. 1 5L. e a dV l -V 6
""" U-15
Gambar2.16.(a) Elektrodakulit (b) Half-cellpotensial.-.........-.
""' II-16
Gambar2.17. Penguatinstrumentasi
"' [-17
IC LMC6464...........'...'. 2.18.Konfigurasi Gambar 2.19. RanS
""" II-18
Rangkaranlowpassfilterakt\fotdedua..'.........." Gambar2.20.
""'II-18 """""' II-19
bandstopfilter otdedua....'...".".' 2.21.Rangkaian Gambar
""""'II-20
Gambar2.22. Rangkaianpenguatmembalik....'. membalik penguatpenjumlah Gambar2.23. Rangkaian
II-21
"""""""""
TipeTLP 434A...........II-22 TipeRLP 434A(b)Pemancar Gambar2.24.(a)Penerima Gambar2.25.KonfigurasiIC AT90S4433...........'.
"""11-23
G a m b a r 2 . 2 6.S u su n a n b i tp a d a re gister ADM ux......
"""""""""""II- 26
bit padaregisterADCSR.......'.....". 2.27.Susunan Gambar
""""""'Il-26 ""II-21
2.28.ADCprescaler........'.... Gambar bit padaregisterADCH danADCL"" Gambar2.29.Susunan
""""" II-28
dataUART"' Gambar2.30.Prosessamplingpadasaatpenerimaan
"II-29
bit padaregisterrJCSRA Gambar2.31.Susunan
"""" II-30
bit padareglsrerUCSRB Gambar2.32.Susunan
""""' iI-31
Gambar2.33.Konfigurasikaki IC MAX232
"""""""'
II-33
Gambar2.34.Konfigurasikaki IC iCL7660..
"""""""
II-34
Gambar2.35.Konfigurasikaki ICLM336
"""""""""'II-35 """"'[I-2
Gambar3.1.Diagramblok lengkap Garnbar3.2.Diagramalirprosesperancanganalat"""""""' xl
""""""'[I-3
INA114BP"""""""" instrumentasi 3.3.Penguat Gambar penguatinstrumentasi Gambar3.4.Rangkaian drivenright leg""" """"' Gambar3.5.Rangkaian
""""""""ilI-4 """"""'[I-7 """'iII-8 """"""""'[I-9
MAX308 Gambar3.6.Analogmultiplekser
"""U-11
3.7.Rangkaian Gambar fitter ...-'...""
""""""'U-12
akhir""""""' penguat 3.8.Rangkaian Gambar blok transmisidata""""""' Gambar3.9.Rangkaian
""'m-13
blokpenerima""""""" 3.10.Rangkaian Gambar
""""'III-15
G a m b a r 3 . 1 1 .R a n g ka i a n IC MA X 2 32"""""""""
""""r u- 16
tegangan """ catudayadanregulator Gambar3.12.Rangkaian
""""'III-I7
Gambar4.1.Diagramblok lengkap.
""""IV-2
Gambar4.2.Diagramalirprogramutama""""""
""""'IV-3
""""""""" Gambar4.3.Alirandatayangterbagiataspaket-paket Gambar4.4.Diagramalirprogramutama"""""" Gambar4.5.Diagramalir subrutininterupsiserial""""""'
""N-5 """"'IV-6 """"""""IV-7 """IV-8
Gambar4.6.Diagam menuprogram """"""""" Gambar4.7.Aliran datayangterbagiataspaket-paket
""IV-9
Gambar4.8.Diagramalir subrutinrecord"""""
"""""N-10
Gambar4.9'Diagramalir subrutinsimulator"""
"""""IV-12
Gambar4.10.Diagramalir subrutinopenfile"""'
""""IV-12 ""'"""""'N-13
Gambar4.I I' Diagramalir subrutinnewfile Gambar4.I2.Diagramalirsubrutinsavefile"""" Gambar5.1.Responfrekuensilowpassfilter x11
""""N-13 """""""'V-5
Gambar5.2.Responfrekuensinotchfilter....
...........'....V-5
G a m b a r 5 . 3 . S i n yEa K l Gpadakakioutputpenguatakhir............'..'..V-6 Gambar5.4.Verifikasidataserialdenganprogramterminalv1.9b.......................'.V-6 ....'....'...'V-8
Gambar5.5.Subrutinsimulator
Gambar5.6. PengukuransinyalEKG penulisdenganmodul BIOPAC ...............'...V-9 Stephanus..... Gambar5.7.SinyalEKG olehmahasiswa Gambar5.8. SinyalErKGoleh mahasiswaGatot. l KG olehArvin........... G a m b a5 r . 9 .S i n v a E
x11l
I ....................V-l '.........V-11 .'.'....'..'.....V-12
DAFTAR TABEL
Tabel2.1.FungsiKhususPort8..........
...II-24
FungsiKhususPortD.......... Tabel2.2.
...II-25
Tabel2.3.waktu konversimodekonversitunggaldanmodekonversibebas.........II-27 Tabel2.4.Nilai UBRR urfilk crystal7,3728lvILIz
.......II-31
Tabel3.1Hargakomponena1at.........
"""fiI-2
opamp spesifikasi Tabel3.2Perbandingan
...'..'........."'U-5
nilaipenguatan nilai R6dengan Tabel3.3Perbandingan
...'..........""'IIi-6
Ta b e5l . 1 .S a s a rapne n g u j i a n ................
.' .........""""""' V- l
hasilpengujian Tabel5.2.Rangkuman
........'...""""""'V-2
lowpass....'... Tabel5.3.Hasilpengujianfilter
.""""""'V-3
notch.......'.... Tabel5.4.Hasilpengujianfilter
.""""""'V-4
TLP/RLP434A...""""' """V-7 Tabel5.5,Hasilpengujianmodulpemancar-penerima Ta b e5l . 6 .P e ma ka i adna ya ......,......
""""' V- 12
xiv
