Laporan : Desain Alat Ukur Detak Jantung Menggunakan Sensor Piezoelektrik Berbasis Mikrokontroler
Tuesday, 12 March 2019
Gammafisblog.com - Abstrak : Telah dirancang alat ukur detak jantung menggunakan sensor piezoelektrik berbasis mikrokontroler. Sensor piezoelektrik adalah salah satu jenis sensor yang mengubah getaran menjadi sinyal listrik. Dalam percobaan ini sensor piezo digunakan sebagai alat pendeteksi getaran detak jantung dan arduino sebagai prosesor. Diperoleh nilai frekuensi detak jantung normal pada orang dewasa adalah 60 – 100 BPM dimana hasil pengukuran diperoleh sensor adalah 86 BPM sedangkan berdasarkan pengukuran manual adalah 85 BPM dengan error relatif rata-rata sebesar 3.22 % dan nilai frekuensi detak jantung normal ketika beraktivitas meningkat dimana hasil pengukuran sensor diperoleh 101 BPM sedangkan secara manual sebesar 103 BPM dengan error relatif rata-rata 2.73 %. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa sensor piezoelektrik dapat digunakan sebagai alat ukur detak jantung.
Kata Kunci : Sensor Piezoelektrik, Arduino.
Baca Juga : Laporan Praktikum Fisika Eksperimen - Penentuan Massa Jenis Benda Menggunakan Sensor Jarak
Baca Juga : Laporan Praktikum Fisika Eksperimen - Penentuan Massa Jenis Benda Menggunakan Sensor Jarak
Desain Alat Ukur Detak Jantung Menggunakan Sensor Piezoelektrik Berbasis Mikrokontroler
I. PENDAHULUAN
Kesehatan merupakan elemen vital dalam segala aktivitas yang dilakukan oleh manusia. Sehat secara fisik berarti seluruh organ tubuh berada dalam ukuran sebenarnya dan berada dalam kondisi optimal, serta dapat berfungsi normal. Sehat secara fisik dapat diukur dari parameter dasar, seperti frekuensi detak jantung. Laju detak jantung tergantung dari umur dan kondisi manusia itu sendiri. Untuk anak-anak dengan orang dewasa kondisi denyut jantungnya berbeda, begitu juga dengan orang yang sakit maupun orang yang sehat. Cara termudah untuk mengetahui detak jantung seseorang adalah dengan cara menghitung denyut nadi. Dengan cara ini kita dapat mengukur jumlah denyut nadi yang terjadi dalam 1 menit. Jumlah denyut nadi dalam 1 menit sama dengan jumlah detak jantung dalam 1 menit. Biasanya kalangan dokter atau perawat menggunakan metode ini. Proses sampling dilakukan dalam waktu 15 detik, hasil hitungan kemudian dikali 4 sehingga didapat hasil jumlah denyut jantung dalam 1 menit. Cara ini kurang efektif, membutuhkan konsentrasi tinggi dan memerlukan bantuan jam (pewaktu) sebagai dasar hitungan. Sehingga seorang perawat atau dokter tidak dapat melakukan pekerjaan lainnya setiap waktu. Oleh karena itu, diperlukan perangkat otomatis yang dapat digunakan untuk melakukan perhitungan jumlah denyut jantung. Sistem ini dirancang agar mampu mempermudah memberikan informasi kesehatan berupa jumlah denyut jantung secara otomatis yang ditampilkan dalam bentuk Data Base pada komputer.
II. LANDASAN TEORI
2.1 Detak Jantung
Detak jantung adalah denyutan atau debaran yang diakibatkan oleh jantung saat memompa darah dari jantung ke parau-parau (Sistem Peredaran Darah Kecil) dan dari jantung ke seluruh tubuh (Sistem Peredaran Darah Besar). Pada umumnya, alat yang digunakan untuk mengukur detak jantung adalah stetoskop. Dengan menggunakan stetoskop maka seorang dokter dapat mengetahui informasi mengenai kondisi jantung pasien. Dalam dunia kedokteran detak jantung diukur dengan cara menghitung jumlah detakan jantung dalam satu menit atau BPM (Beats Per Minute). Selain itu detak jantung juga dapat di hitung melalui denyut nadi. Yang mana denyut nadi dapat diukur dengan cara menekan pembuluh nadi dengan ujung jari dan menghitung jumlah denyutan nadi dalam satu menit. Pembuluh nadi, terdapat di beberapa tempat yaitu leher, di bawah siku, di dekat pergelangan tangan, paha, dan kaki. Dengan mengetahui jumlah denyut nadi dalam waktu satu menit maka seorang dokter dapat mengetahui tingkat kesehatan jantung seseorang.
2.2 Mikrokontroler
Arduino UNO adalah sebuah mikrokontroler yang dapat digunakan untuk melakukan proses akuisisi data dan sistem kontrol. IC yang digunakan oleh Arduino UNO adalah ATmega328 yang memiliki 14 pin digital Input/Output, 6 Input Analog, Kristal Osilator 16 MHz, Port Koneksi USB dan Tombol Riset. Pin-pin ini memiliki fungsi dan kegunaannya masing-masing. Arduino UNO dapat dihubungkan dengan komputer untuk mengupload program atau perintah yang diberikan pada chip Arduino menggunakan USB. Untuk bisa digunakan, Arduino UNO membutuhkan sumber tegangan. Sumber tegangan Arduino dapat diperoleh dari Adaptor AC/DC ataupun dari sebuah baterai.
Tabel 2.2 Deskripsi Arduino Uno
2.3 Sensor Piezoelektrik
Sensor Piezoelektrik adalah salah satu jenis sensor getar yang mampu mengubah getaran menjadi sinyal-sinyal listrik. Sensor Piezoelektrik terbuat dari material silikon atau germanium yang mampu menghasilkan energi listrik ketika terjadi defraksi (direct piezoelektrik) sebaliknya ketika diberi tegangan maka akan terdfraksi (inverse piezolectric). Material dari sensor Piezoelektrik akan mengelami defraksi ketika diberikan tegangan secara langsung, getaran ataupun tekanan. Tekanan yang diberikan pada sensor akan menghasilkan tegangan piezoelektrik yang sebanding dengan besar gaya tekan.
Baca Juga : Laporan Praktikum Sensor - Karakteristik Ldr Dan Aplikasinya Dalam Pengukuran Intensitas Cahaya
Pada desain alat diatas, sensor piezoelektrik berfungsi sebagai penangkap sinyal getaran akibat dari jantung yang berdetak. Keluaran dari sensor piezoelektrik berupa tegangan, dimana besarnya tegangan berbanding lurus dengan besarnya getaran yang diterima. Kemudian dari getaran tersebut diproses oleh mirokontroler.
Pada coding program, pertama di deklarasikan variabel-variabel yang akan digunakan kemudian diberikan nilai awal dan syarat atau kondisi dari while Loop. Pada program ini kondisi while loop benar apabila nilai waktu < 60 s dan salah ketika waktu > 60 s. Setelah 60 s atau satu menit maka nilai detak jantung permenit (BPM) di print atau dieksekusi.
1. Detak Jantuk Ketika Istirahat
Berikut adalah data hasil pengukuran detak jantung per-menit atau BPM ketika istirahat pada laki-laki dewasa usia 21 tahun mengunakan sensor piezoelektrik.
Dari hasil diatas diperoleh bahwa nilai rata-rata detak permenit (BPM) yang diperoleh sensor adalah 86 BPM sedangkan nilai rata-rata detak jangtung berdasarkan pengukuran manual adalah 85 BPM dengan error relatif rata-rata sebesar 3.22 %. Berdasarkan tabel 2.1 nilai detak jantung antara 60 – 100 BPM adalah anak di atas 10 tahun dan orang dewasa, termasuk lansia. Hal tersebut sesuai bahwa data detak jantung hasil pengukuran detak jantung laki-laki dewasa berusia 21 tahun. Hasil pengukuran ini menyatakan bahwa jantung laki-laki tersebut masih dalam keadaan normal. Dari hasil yang diperoleh dapat dikatakan bahwa sensor piezoelekrtik dapat digunakan sebagai alat ukur detak jantung.
2. Detak Jantuk Ketika Beraktivitas
Berikut adalah data hasil pengukuran detak jantung per-menit atau BPM ketika beraktivitas pada laki-laki dewasa usia 21 tahun mengunakan sensor piezoelektrik.
Dari hasil diatas diperoleh bahwa nilai rata-rata detak permenit (BPM) ketika beraktivitas yang diperoleh sensor adalah 101 BPM sedangkan nilai rata-rata detak jangtung berdasarkan pengukuran manual adalah 103 BPM dengan error relatif rata-rata sebesar 2.72 %. Berdasarkan hasil tersebut dapat dikatakan ketika melakukan aktivitas maka denyut jantung berkerja lebih keras sehingga menyebabkan peningkatan deyut jantung saat beraktivitas. Hal ini terjadi kerena ketika beraktivitas tubuh membutuhkan banyak sekali pasokan oksigen dalam darah sehingga jantung memopa darah lebih cepat.
Elfi Yulia, Eka Permana Putra, Ir. Estiyanti Ekawati, M.T., Ph.D, Dr. Ir. Nugraha. 2016. Polisi Tidur Piezoelektrik Sebagai Pembangkit Listrik dengan Memanfaatkan Energi Mekanik Kendaraan Bermotor. J.Oto.Ktrl.Inst (J.Auto.Ctrl.Inst) Vol 8 (1), 2016 ISSN : 2085-2517
Baca Juga : Laporan Praktikum Sensor - Karakteristik Ldr Dan Aplikasinya Dalam Pengukuran Intensitas Cahaya
III. METODE
Dibuat desain alat seperti pada gambar dibawah ini
Gambar 3.1. Desain Alat Ukur Detak Jantung
Gambar 3.2 Algoritma Program
Pada coding program, pertama di deklarasikan variabel-variabel yang akan digunakan kemudian diberikan nilai awal dan syarat atau kondisi dari while Loop. Pada program ini kondisi while loop benar apabila nilai waktu < 60 s dan salah ketika waktu > 60 s. Setelah 60 s atau satu menit maka nilai detak jantung permenit (BPM) di print atau dieksekusi.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Detak Jantuk Ketika Istirahat
Berikut adalah data hasil pengukuran detak jantung per-menit atau BPM ketika istirahat pada laki-laki dewasa usia 21 tahun mengunakan sensor piezoelektrik.
Dari hasil diatas diperoleh bahwa nilai rata-rata detak permenit (BPM) yang diperoleh sensor adalah 86 BPM sedangkan nilai rata-rata detak jangtung berdasarkan pengukuran manual adalah 85 BPM dengan error relatif rata-rata sebesar 3.22 %. Berdasarkan tabel 2.1 nilai detak jantung antara 60 – 100 BPM adalah anak di atas 10 tahun dan orang dewasa, termasuk lansia. Hal tersebut sesuai bahwa data detak jantung hasil pengukuran detak jantung laki-laki dewasa berusia 21 tahun. Hasil pengukuran ini menyatakan bahwa jantung laki-laki tersebut masih dalam keadaan normal. Dari hasil yang diperoleh dapat dikatakan bahwa sensor piezoelekrtik dapat digunakan sebagai alat ukur detak jantung.
2. Detak Jantuk Ketika Beraktivitas
Berikut adalah data hasil pengukuran detak jantung per-menit atau BPM ketika beraktivitas pada laki-laki dewasa usia 21 tahun mengunakan sensor piezoelektrik.
Dari hasil diatas diperoleh bahwa nilai rata-rata detak permenit (BPM) ketika beraktivitas yang diperoleh sensor adalah 101 BPM sedangkan nilai rata-rata detak jangtung berdasarkan pengukuran manual adalah 103 BPM dengan error relatif rata-rata sebesar 2.72 %. Berdasarkan hasil tersebut dapat dikatakan ketika melakukan aktivitas maka denyut jantung berkerja lebih keras sehingga menyebabkan peningkatan deyut jantung saat beraktivitas. Hal ini terjadi kerena ketika beraktivitas tubuh membutuhkan banyak sekali pasokan oksigen dalam darah sehingga jantung memopa darah lebih cepat.
V. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil uji coba alat dapat disimpulkan bahwa:- Sensor piezoelekrtik dapat digunakan sebagai alat ukur detak jantung.
- Nilai frekuensi detak jantung normal pada orang dewasa adalah 60 – 100 BPM dimana hasil pengukuran diperoleh sensor adalah 86 BPM sedangkan berdasarkan pengukuran manual adalah 85 BPM dengan error relatif rata-rata sebesar 3.22 %.
- Nilai frekuensi detak jantung normal ketika beraktivitas meningkat dimana hasil pengukuran sensor diperoleh 101 BPM sedangan secara manual sebesar 103 BPM dengan error relatif rata-rata 2.73 %.
DAFTRA PUSTAKA
Setyowati, Veni. Muninggar1, Jodelin. dan R. S. Shanti.N.A Made. 2017. Design of heart rate monitor based on piezoelectric sensor using an Arduino. J. Phys.: Conf. Ser. 795012016.Elfi Yulia, Eka Permana Putra, Ir. Estiyanti Ekawati, M.T., Ph.D, Dr. Ir. Nugraha. 2016. Polisi Tidur Piezoelektrik Sebagai Pembangkit Listrik dengan Memanfaatkan Energi Mekanik Kendaraan Bermotor. J.Oto.Ktrl.Inst (J.Auto.Ctrl.Inst) Vol 8 (1), 2016 ISSN : 2085-2517