bab i pendahuluan 1.1. latar belakangeprints.unram.ac.id/8280/3/bab i - bab v.pdf · dengan...
TRANSCRIPT
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Tingkat pernafasan adalah intensitas memasukkan atau mengeluarkan udara per
menit dari dalam ke luar tubuh atau dari luar ke dalam tubuh (Casanova C, 2015).
Penghitung tingkat pernafasan berfungsi untuk menentukan kesuluruhan jumlah nafas
yang diambil dalam waktu permenit dengan memperhatikan volume nafas. Volume
nafas adalah kapasitas udara yang masuk dalam paru, baisanya diukur dengan alat
pernafasan seperti respirometer.
Namun karena harga alat pernafasan yang tergolong mahal untuk pengadaan
diseluruh rumah sakit menyebabkan akses untuk mendapatkan pelayanan ini sulit
dikalangan masyarakat menengah ke bawah. Beberapa tempat pelayanan kesehatan
yang belum mendapat fasilitas alat pernafasan sering sekali menggunakan metode-
metode sederhana untuk menentukan tingkat pernafasan seseorang yaitu dengan
menghitung langsung (secara manual) gerak naik-turun dinding rongga dada, atau
dengan mendengar bunyi nafas (breathing sounds) melalui stetoskop. Metode ini sangat
bergantung pada konsentrasi pikiran dan kepekaan indera pelaku penghitungan atau
pengamatan.
Oleh karena itu dibuat alat serupa yang dapat membantu dalam pengadaan fasilitas
kesehatan yang lebih terjangkau harganya untuk semua kalangan masyarakat, apalagi
untuk daerah-daerah yang memiliki akses yang kurang untuk mendapat pelayanan
kesehatan yang layak. Alat ini juga dapat membantu para pelaku medis untuk
mengambil tindakan yang lebih tepat dalam pemeriksaan pasien karena tidak lagi
menggunakan metode manual.
Pada penelitian rancang bangun penghitung tingkat pernafasan ini ditujukan untuk
memudahkan dalam menghitung tingkat pernafasan manusia tanpa harus menghitung
secara manual jumlah kesuluruhan nafas yang telah diambil dalam waktu satu menit.
Dengan menggunakan perangkat android sebagai media penampil (user interface)
diharapkan agar lebih efisien karena dapat langsung mengontrol alat pada saat
pengambilan data sehingga mengurangi kesalahan yang terjadi.
Hasil penghitungan tingkat pernafasan dapat dikelompokkan menjadi tiga kategori.
Tingkat pernafasan normal disebut eupnea, jumlah tingkat pernafasan yang melebihi
2
rata-rata disebut tachypnea, dan lebih rendah dari rata-rata tingkat pernafasan biasanya
disebut brdypnea. Oleh karena itu akurasi jumlah tingkat pernafasan perlu diperhatikan
karena mengingat pentingnya dalam mendiagnosa suatu penyakit. Selain untuk
menghitung dan mendiagnosa kondisi dari hasil penghitung tingkat pernafasan, alat ini
juga berfungsi untuk memantau jumlah volume nafas yang dapat dihasilkan dalam satu
kali bernafas.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas maka rumusan masalah dari penelitian ini yaitu
mendesain alat untuk menghitung tingkat pernafasan dan volume pernafasan manusia
yang lebih akurat sehingga mempermudah pelaku medis dalam pengambilan tindakan
medis agar tidak menggunakan metode manual lagi.
1.3. Batasan Masalah
Untuk membatasi persoalan yang akan dibahas, maka akan ditentukan ruang
lingkup permasalahan sebagai berikut :
1. Penghitungan dilakukan untuk usia antara 18-45 tahun.
2. Penghitungan dilakukan dengan hanya hembusan nafas (ekspirasi) pasien.
3. Penghitungan tingkat pernafasan pada pasien dilakukan dalam rentang waktu 1
menit.
4. Penghitungan hanya dilakukan dalam keadaan setenang mungkin dengan
menggunakan metode pengambilan nafas FEV1 (forced expiratory volume in one
second) berdasarkan prinsip kerja spirometer.
5. Alat ini dibuat hanya untuk menampilkan volume pernafasan, jumlah tingkat
pernafasan per menit, dan hasil diagnosa kondisi pasien apakah eupnea (tingkat
pernafasan normal), tachypnea (tingkat pernafasan lebih tinggi) atau bradypnea
(tingkat pernafasan lebih rendah).
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Membuat alat standar yang sesuai untuk mengukur volume pernafasan.
2. Meningkatkan akurasi dalam menghitung jumlah tingkat pernafasan manusia.
3
3. Mempermudah dalam memonitoring jumlah tingkat pernafasan dan volume
pernafasan dengan menggunakan android sebagai media antar muka.
1.5. Manfaat Penelitian
1. Penelitian ini diharapkan dapat dijadikan alat kesehatan yang lebih praktis, lebih
sederhana dan lebih murah dengan memanfaatkan arduino board dan android.
2. Dengan adanya alat ini diharapkan dapat membantu dokter dalam mendiagnosa
fungsi paru-paru dengan melakukan pernafasan normal yang hasilnya berupa
frekuensi dan volume pernafasan per-menit yang kemudian akan ditampilkan pada
perangkat android.
1.6. Sistematika Penulisan
Sistematika dalam penyusunan ini di susun per bab dari sub-sub bab dengan
permasalahannya sebagai berikut :
BAB 1 PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi mengenai latar belakang, maksud dan tujuan penulisan, ruang
lingkup pembahasan, rumusan masalah, dan Sistematika Penulisan.
BAB II DASAR TEORI
Merupakan bagian yang berisikan teori-teori dasar sebagai penunjang pembahasan
permasalahan yang di peroleh dari buku dan penelitian terdahulu.
BAB III METODE PENELITIAN
Di dalam bab ini membahas tentang metode penelitian yang dilakukan dalam
perancangan alat penghitung tingkat pernafasan manusia.
BAB IV PEMBAHASAN
Di dalam pembahasan yang akan di bahas berupa hasil dari penghitungan tingkat
pernafasan manusia dan ditampilkan pada sebuah perangkat android sebagai media
antar muka.
BAB V PENUTUP
Penutup berisi kesimpulan dan saran.
4
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Spirometri (pengukuran nafas) adalah pemeriksaan yang bertujuan untuk
mengetahui adanya gangguan di paru-paru dan saluran pernapasan. Alat yang
digunakan untuk pengukuran spirometri disebut dengan spirometer. Spirometer adalah
alat untuk mengukur aliran udara yang masuk dan keluar dari paru-paru dan dicatat
dalam grafik volume perwaktu (David M. Shade and Arthur T. Johnson, 2004).
Pemeriksaan spirometri sering dianggap sebagai pemeriksaan sederhana namun
sebenarnya merupakan pemeriksaan yang sangat kompleks. Variabilitas hasil
pemeriksaan spirometri lebih besar daripada pemeriksaan lain karena tidak konsistennya
usaha subyek. Karena itu sangat diperlukan pemahaman, koordinasi dan kerjasama yang
baik antara teknisi dan subyek agar didapatkan hasil yang optimal. Faktor-faktor yang
dapat meningkatkan hasil pemeriksaan spirometri adalah peralatan yang akurat,
prosedur pemeriksaan yang baik, program pengendalian mutu berkelanjutan, nilai acuan
yang tepat, dan algoritma interpretasi hasil yang baik (Anonim, 2013).
Spirometri sendiri pertama ditemukan oleh seorang dokter asal Bergama Turki yang
bernama Galenus atau dalam bahasa Inggris lebih dikenal dengan nama Galen. Galen
melakukan eksperimen ‘volumetric’ terhadap saluran udara manusia. Galen menyuruh
seorang anak menghirup dan mengeluarkan udara dan menemukan volume gas dalam
jangka beberapa waktu dan menhasilkan nilai tetap. Galen menemukan ukuran yang
mutlak dari ukuran paru-paru. Seiring berkembangnya teknologi sekarang banyak
dikembangkan juga alat spirometer yang semakin praktis untuk bisa digunakan disetiap
kalangan masyarakat.
Di Indonesia sendiri spirometer tergolong mahal untuk didapat oleh karena itu
banyak peneliti mencoba mengembangkan spiromter yang terbuat dari komponen-
komponen sederhana yang tergolong murah dan mudah untuk didapatkan. Beberapa
komponen yang sering digunakan adalah arduino dan juga sensor tekanan MPX5100.
Kedua komponen ini memungkinkan untuk mengolah data yang dihasilkan oleh
pernafasan manusia yang dideteksi dari sensor tekanan itu sendiri.
Pada tahun 2015 sebuah penelitian memanfaatkan sensor tekanan sebagai
pendeteksi udara dari pernafasan manusia yang diukur. Keluaran sensor tersebut
5
merupakan tegangan analog yang kemudian diubah oleh mikrokontroler menjadi nilai
tegangan digital. Perancangan alat ukur volume paru-paru ini terdiri dari pipa
venturimeter, sensor MPX5100DP, mikrokontroler ATMega328p, LCD, dan PC
sebagai pengolah data, penyimpan data, serta menampilkan grafik hubungan debit
terhadap fungsi waktu (Zainudin Ahmad, 2015).
Penelitian-penelitian setelahnya itu juga berhasil memanfaatkan arduino dan juga
E-Health PCB yang terintegrasi satu sama lain. Dengan memanfaatkan kedua kompenen
itu dapat menghasilkan penelitian yang menampilkan kecepatan pernafasan beserta
grafik pada LCD yang berasal dari input sensor aliran udara yang sudah diproses
mikrikontroller sebelumnya. Dari pengujiannya didapatkan bahwa alat ukur sistem
pernafasan rata-rata memiliki presentase tingkat kesalahan sebesar 3,662% (I Made N,
2015).
2.2. Pernafasan normal
Fungsi dari sistem pernafasan merupakan hal yang sangat penting dalam fungsi
dasar tubuh manusia, proses ini seperti yang diketahui disebut respirasi. Walaupun
tampaknya sangat sederhana dari definisi dasar, proses tersebut dapat mencerminkan
keadaan tubuh manusia. Tingkat pernafasan adalah salah satu parameter yang dapat
mengungkapkan banyak fakta tentang keseluruhan kerja tubuh. Hal ini dianggap sangat
penting untuk menjaga tingkat pernafasan normal. (Tanri Alim, 2013)
Tingkat pernafasan juga dikenal sebagai frekuensi pernafasan yang didefinisikan
sebagai jumlah nafas (menghirup dan menghembuskan nafas) makhluk hidup
membutuhkan per satuan waktu, biasanya dalam satu menit. Hal ini dihitung dengan
menghitung berapa kali dada seseorang mengembang dan kontrak dalam satu menit.
Unit tingkat pernafasan adalah nafas per menit. Angka ini dapat berkisar dari yang
terendah 12 nafas per menit pada orang dewasa beristirahat sampai yang tertinggi 75
nafas per menit dalam kasus atlet saat melakukan pekerjaan yang sangat berat seperti
berlari dengan kecepatan tinggi contohnya.
Apa itu Tingkat pernafasan normal?
Tingkat pernafasan normal dapat didefinisikan sebagai laju pernafasan seseorang
saat beristirahat. Angka tingkat pernafasan bervariasi yang dipengaruhi faktor seperti
usia, jenis kelamin, atau kondisi medis seperti asma, kejang, bronkitis, kelahiran
6
prematur, penyakit asam refluks, dll. Angka tingkat pernafasan ini memiliki
kecenderungan menurun menurut usia. Jadi bayi yang baru lahir memiliki tingkat
pernafasan biasa tinggi yang secara bertahap menurun saat mereka tumbuh sampai
dewasa.
Berikut tingkat pernafasan menurut rentang usia:
Bayi baru lahir: Rata-rata 44 nafas per menit, dapat bervariasi di mana saja antara 30
sampai 60 nafas per menit
Bayi (sampai 6 bulan): 20-40 nafas per menit
Anak prasekolah: 20-30 nafas per menit
Anak-anak: 16-25 nafas per menit
Dewasa: 12-20 nafas per menit
Alasan utama mengapa rentang usia menentukan jumlah tingkat pernafasan karena
semakin besar jumlah kapasitas yang diperlukan seiring pertumbuhan manusia tersebut.
Meskipun jumlah tingkat pernafasan orang dewasa lebih sedikit dibandingkan anak-
anak, namun jumlah volume udara yang dihirup oleh orang dewasa jauh lebih banyak
dibandingkan anak-anak.
Mengetahui tingkat pernafasan normal sangat penting manfaatnya. Jika mengetahui
kecepatannya terlalu tinggi atau terlalu rendah dapat menjadi indikasi dari berbagai
masalah kesehatan. Kondisi dengan tingkat kecepatan pernafasan tinggi dikenal sebagai
tachypnea dan jika kecepatannya lebih rendah dari normal biasanya ini dikenal sebagai
bradypnea.
Tachypnea adalah Kondisi dimana tingkat pernafasan lebih cepat dari biasanya
dapat dikaitkan dengan penyakit seperti flu atau pilek pada anak-anak. Pada orang
dewasa, penyebab tachypnea biasanya termasuk asma, infeksi paru-paru seperti
pneumonia, Penyakit Paru Obstruktif Kronik (PPOK), atau emboli paru.
Bradypnea adalah penurunan kecepatan pada tingkat pernafasan normal dianggap
sebagai sebab dari gejala gangguan metabolisme atau beberapa jenis tumor. Bradypnea
juga dapat terjadi saat seseorang sedang tidur dan dapat disebabkan dari penggunaan
narkotika, minuman beralkohol, benzodiazepin atau bahkan morfin .
2.3. Arduino Uno
Arduino uno adalah papan sirkuit berbasis mikrokontroler ATmega328. IC
(integrated circuit) yang memiliki 14 input/output digital (6 output untuk PWM), 6
7
analog input, resonator kristal keramik 16 MHz, Koneksi USB, soket adaptor, pin
header ICSP, dan tombol reset. Keunggulan yang dimiliki arduino uno inilah yang
menjadikan arduino uno secara mudah terhubung dengan kabel power USB atau kabel
power supply adaptor AC ke DC atau juga battery. (Hidayatullah Hamid, 2013)
Gambar 2.1 Arduino uno R3 ATmega328
(https://www.caratekno.com/2015/07/pengertian-arduino-uno-mikrokontroler.html)
Untuk keunggulan board Arduino Uno Revision 3 antara lain:
1.0 pinout ditambahkan pin SDA dan SCL di dekat pin AREF dan dua pin lainnya
diletakkan dekat tombol RESET, fungsi IOREF melindungi kelebihan tegangan pada
papan rangkaian. Keunggulan perlindungan ini akan kompatibel juga dengan dua
jenis board yang menggunakan jenis AVR yang beroperasi pada tegangan kerja 5V
dan Arduino due tegangan operasi 3.3V
Rangkaian RESET yang lebih efektif dan sangat mendukung.
Penerapan ATmega 16U2 pengganti 8U2.
Bahasa "uno" berasal dari bahasa Italia yang artinya satu, ditandai dengan
peluncuran pertama arduino 1.0 yang kemudian menjadi referensi untuk arduino versi
terbaru dilengkapi USB.
Arduino uno dapat disuplai langsung ke USB atau power supply tambahan dengan
pilihan power secara otomatis berfungsi tanpa saklar. Kabel external (non-USB)
menggunakan adaptor AC ke DC atau baterai dengan konektor plug ukuran 2,1mm
polaritas positif di tengah jack power pada board. Jika menggunakan baterai dapat
disematkan pada pin GND dan Vin pada bagian Power konektor.
8
Tabel 2.1 Spesifikasi arduino uno
Chip mikrokontroller ATmega328P
Tegangan operasi 5V
Tegangan input (yang direkomendasikan,
via jack DC)
7V - 12V
Tegangan input (limit, via jack DC) 6V - 20V
Digital I/O pin 14 buah, 6 diantaranya
menyediakan PWM
Analog Input pin 6 buah
Arus DC per pin I/O 20 Ma
Arus DC pin 3.3V 50 Ma
Memory Flash 32 KB, 0.5 KB telah digunakan
untuk bootloader
SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB
Clock speed 16 Mhz
Dimensi 68.6 mm x 53.4 mm
Berat 25 g
(http://ecadio.com/mengenal-dan-belajar-arduino-uno-r3)
Gambar 2.2 Power supply arduino port
(https://www.caratekno.com/2015/07/pengertian-arduino-uno-mikrokontroler.html)
9
Papan arduino ini dapat disupplai tegangan kerja antara 6 sampai 20 volt, jika catu
daya dibawah tegangan standar 5V arduino akan tidak stabil, jika dipaksakan ke
tegangan regulator 12 Volt menyebabkan arduino cepat panas (overheat) dan merusak
papan arduino. Sangat direkomendasikan tegangannya yaitu antara 7-12 volt sehingga
memungkinkan arduino untuk bekerja lebih baik.
Penjelasan Power PIN:
VIN adalah Input voltage board yang digunakan sebagai sumber catu daya luar
(adaptor USB 5 volt atau adaptor yang lainnya 7-12 volt). VIN dapat digunakan
langsung jika dihubungkan jack power 5 volt.
3.3V adalah Pin tegangan 3.3 volt untuk catu daya umum langsung untuk arduino
dengan maksimal arus yang diperbolehkan adalah 50 mA.
GND adalah Pin Ground.
IOREF adalah Pin penyedia referensi tengangan agar mikrokontroler beroperasi
dengan baik. Pin ini berfungsi memilih sumber daya yang tepat atau mengaktifkan
penerjemah tegangan pada output untuk bekerja dengan 5V atau 3.3V.
Memory
ATmega328 memiliki memori 32kb yang dimana 0.5kb digunakan sebagai
bootloader. Memori 2kb SRAM dan 1kb EEPROM (yang dapat baca tulis dengan
library EEPROM).
Input and Output
Masing-masing dari 14 pin arduino uno dapat digunakan sebagai input atau output
menggunakan perintah fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead() yang
menggunakan tegangan operasi 5 volt. Tiap pin dapat menerima arus maksimal hingga
40 mA dan resistor internal pull-up antara 20-50 kohm. Beberapa pin memiliki fungsi
khusus antara lain:
Serial terdiri dari pin 0 (RX) dan 1 (TX) yang berfungsi sebagai penerima (RX) dan
pemancar (TX) TTL serial data. Pin ini terkoneksi untuk pin korespondensi chip
ATmega8U2 USB-toTTL Serial.
10
External Interrupts terdiri dari pin 2 dan 3. Pin ini berfungsi sebagai konfigurasi
trigger saat interupsi nilai turun, naik, dan tepi, atau nilai yang berubah-ubah.
PWM terdiri dari pin 3, 5, 6, 9, 10, dan 11 berfungsi melayani output 8-bit PWM
dengan fungsi analogWrite().
SPI yang terdiri dari pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) berfungsi untuk
komunikasi SPI menggunakan SPI library.
LED terdiri dari 1 pin saja yaitu pin 13. Pada arduino terdapat LED indikator bawaan
(built-in) dihubungkan ke digital pin 13, ketika value high led akan on, saat value
low led akan off.
Uno memiliki 6 analog input tertulis di label A0 hingga A5, masing-masing
memberikan 10 bit resolusi (1024). Secara asal input analog tersebut terukuru dari 0
(ground) sampai 5 volt, itupun memungkinkan perubahan teratas dari jarak yang
digunakan oleh pin AREF dengan fungsi analogReference(). Pin analog sendiri
berfungsi untuk membaca nilai analog dari sensor yang nantinya dikonversi menjadi
nilai digital. Pada arduino tidak dibutuhkan ADC eksternal, karena sudah memiliki
ADC internal. Konversi sinyal analog ke digital melalui proses perhitungan sebagai
berikut,
𝐴𝐷𝐶 =𝑉𝑖𝑛
𝑉𝑟𝑒𝑓 x 1024 (2-1)
Vin adalah tegangan keluaran dari sensor yang nilainya dipengaruhi oleh besar
kecilnya tekanan yang diterima oleh sensor. Vref adalah tegangan referensi nilainya
5 volt. Nilai 1024 didapatkan dari besarnya bit ADC yang digunakan pada penelitian
ini menggunakan 10 bit.
TWI terdapat pada pin A4 atau pin SDA dan A5 atau pin SCL. Support TWI
communication menggunakan Wire library.
AREF adalah tegangan referensi untuk input analog, fungsi yang digunakan yaitu
analogReference().
RESET berfungsi untuk menekan jalur LOW untuk mereset mikrokontroler, terdapat
tambahan tombol reset untuk melindungi salah satu blok. Reset sendiri pada
dasarnya berfungsi mengembalikan perintah yang telah terprogram pada arduino
menjadi seperti semula atau tidak ada program lagi.
11
Communication
Arduino uno memiliki fasilitas untuk bisa berkomunikasi dengan komputer atau
hardware arduino lainnya atau dengan mikrokontroler. Pada ATmega328
menerjemahkan serial komunikasi UART TTL (5V) pada pin 0 (RX) dan 1 (TX). Pada
ATmega16U2 serial komunikasinya dengan USB dan port virtual pada software di
komputer. Perangkat lunak (firmware) 16U2 menggunakan driver standart USB COM
dan tidak membutuhkan driver luar lainnya. Bagaimanapun pada OS Windows file
ekstensi .inf sangat diperlukan. Software Arduino bawaan telah menyertakan serial
monitor yang sangat mudah membaca dan mengirim data dari dan ke Arduino. LED
indikator TX dan RX akan kedip ketika data telah terkirim via koneksi USB-to-serial
dengan USB pada komputer (tetapi tidak pada serial com di pin 0 dan pin 1).
Software serial library mengizinkan banyak pin serial communication pada uno.
ATmega328 juga support I2C (TWI) dan SPI communication. Software arduino
terbenam di dalamnya Wire library untuk memudahkan penggunaan bus I2C.
Programming
Microcontroller ATmega328 pada arduino uno dapat preburned dengan bootloader
yang dapat mengupload kode baru tanpa menggunakan programmer perangkat lainnya.
Komunikasi menggunakan protokol original STK500 dapat pula langsung bootloader
dan program pada microcontroller melalui ICSP (In-Circuit Serial Programming)
menggunakan arduino ISP atau sejenisnya.
Pada ATmega16U2 (atau 8U2 di rev1 dan rev2 board) dapat melihat firmware
source code. Pada ATmega16U2/8U2 load-nya dengan DFU bootloader, yang dapat
diaktifkan di antaranya:
On Rev1 boards berfungsi untuk menyambung jumper solder dibalik board dan
kemudian mereset 8U2.
On Rev2 or later boards adalah Resistor suntikan pada 8U2/16U2 HWB ke jalur
ground, hal ini dapat membuat mudah masuk ke mode DFU.
Automatic (Software) Reset
Tombol reset digunakan sesaat sebelum source code diunduh ke arduino, sebab
arduino uno dirancang untuk direset terlebih dahulu oleh software ketika terhubung
dengan komputer. Satu komponen jalur kontrol aliran (DTR) dari ATmega8U2/ 16U2
yang terhubung direset seperti halnya ATmega328 dengan 100 nanofarad kapasitor.
12
Software upload kode ini dapat mengunggah secara mudah tanpa kehilangan waktu
lama saat di tekan start.
USB Overcurrent Protection
Arduino uno memiliki fungsi resettable polyfuse untuk memproteksi dari port USB
komputer akibat hubung singkat atau kelebihan arus. Jika arus yang melebihi 500mA
dari port USB maka fuse secara otomatis putus koneksi hingga short atau overload
dilepaskan dari board ini.
2.4. Kapasitor By-pass
Kapasitor atau kondensator adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan
energi listrik atau muatan listrik secara sementara dengan satuan kapasitansinya adalah
Farad . (Kurnia Uji, 2013)
2.4.1. Jenis-jenis kapasitor
Kapasitor dibagi menjadi tiga berdasarkan kegunaannya:
1. kapasitor tetap (nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah)
2. kapasitor kapasitor elektrolit (Elektrolit condensor = Elco)
3. kapasitor variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah)
Berdasarkan bahan isolator dan nilainya, kapasitor dapat dibagi menjadi 2 jenis
yaitu kapasitor nilai tetap dan kapasitor variabel. Berikut ini adalah penjelasan
singkatnya untuk masing-masing jenis kapasitor :
Kapasitor keramik
Kapasitor keramik adalah kapasitor yang isolatornya dibuat dari keramik dan
mempunyai bentuk bulat tipis atau persegi. Kapasitor jenis ini tidak mempunyai arah
atau polaritas, dapat dipasang bolak-balik dalam rangkaian elektronika. Memiliki
nilai kapasitor sekitar 1pF sampai dengan 0,01 μF.
Kapasitor polyester
Kapasitor polyester adalah kapasitor yang isolatornya dibuat dari bahan polyester
yang memiliki bentuk persegi berwarna merah, coklat, hijau dan lainya. Kapasitor
polyester juga dapat dipasang terbalik di dalam rangkaian elektronika karena tidak
mempunyai polaritas arah.
13
Kapasitor mika
Kapasitor mika yaitu kapasitor yang terbuat dari bahan mika. Jenis kapasitor ini
dapat dipasang terbalik di dalam rangkaian elektronika karena tidak memiliki
polaritas arah. Nilai kapasitasnya sekitar 50 pF sampai dengan 0,02 μF.
Kapasitor elektrolit
Kapasitor elektrolit atau bisa disebut dengan Elco yaitu kapasitor yang terbuat
dari bahan elektrolit (semacam minyak kimia dengan beberapa zat pada lainnya),
memiliki bentuk seperti tabung atau silinder. Kapasitor elektrolik adalah kapasitor
dengan nilai kapasitas tinggi yaitu antara 2 μF sampai dengan 20.000 μF bahkan bisa
melebihi. Pemasangan kapasitor ini tidak boleh terbalik, karena bisa meledak dan
memiliki polaritas arah. Penggunaan kapasitor elektrolit banyak pada semua
rangkaian elektronik seperti pada amplifier, power supply dan sebagainya.
Kapasitor Tantalum
Kapasitor tantalum adalah kapasitor yang terbuat dari bahan logam tantalum,
dapat bekerja pada suhu tinggi dan mempunyai nilai kapasitansi tinggi. Berbentuk
lebih kecil dan mungil. Kapasitor jenis ini mempunyai polaritas arah dan bahan
isolator yang berasal dari elektrolit. Harga dari kapasitor ini juga terbilang mahal,
biasanya digunakan pada Handphone dan laptop.
Valco
Valco atau kepanjangan dari variable condensator adalah kapasitor yang dibuat
dari logam yang berukuran besar. Biasanya digunakan pada rangkaian radio untuk
memilih gelombang frekuensi. Memiliki nilai kapasitansi sekitar 100 pF sampai
dengan 500 pF.
2.4.2. Kapasitor sebagai by-pass
Cara kerja kapasitor by-pass mirip dengan kapasitor kopling, yaitu meneruskan arus
bolak-balik dan menahan arus searah. Tetapi kapasitor ini tidak digunakan untuk
menyambung dua titik, kapasitor by-pass digunakan untuk membuat ground sinyal.
Agar kapasitor bekerja dengan baik, reaktansinya harus lebih kecil dari frekuensi
terendah pada sumber. (DR. Jusak)
Pada penelitian digunakan kapasitor elco sebagai by-pass yang berfungsi untuk
menstabilkan keluaran dari sensor tekanan (MPX5100DP). Pemilihan kapasitor Elco
14
dikarenakan kapasitor ini memiliki polaritas (memiliki kutub positif dan juga negatif)
dan biasa disebutkan tegangan kerjanya sehingga memudahkan dalam perancangan.
2.5. Sensor Tekanan
Sensor tekanan merupakan sensor yang memiliki transduser mengukur tegangan
kawat, dimana mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Dasar
penginderaannya pada perubahan tahanan pengantar (transduser) yang berubah akibat
perubahan panjang dan luas penampangnya. Strain gauge adalah sebuah contoh
transduser pasif yang mengubah pergeseran mekanis menjadi perubahan tahanan.
Sensitivitas sebuah strain gauge dijelaskan dengan suatu karakteristik yang disebut
faktor gauge (factor gauge) atau K yang didefinisikan sebagai perubahan satuan
tahanan dibagi dengan perubahan satuan panjang. (Setiawan, 2009)
𝐾 =∆𝑅
𝑅⁄
∆𝑙𝑙⁄
(2-2)
Dengan K = faktor gauge
R = tahanan nominal gauge
ΔR = perubahan panjang gauge
Perubahan tahanan R pada sebuah konduktor yang panjangnya dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan bagi tahanan dari sebuah konduktor yang
penampangnya serba sama, yaitu:
𝑅 =𝜌𝑙
(𝜋4⁄ )𝑑2 (2-3)
Dimana 𝝆 = Tahanan spesifik bahan konduktor
l = Panjang konduktor
d = Diameter
Strain gauge adalah sejenis bahan yang nilai tahanannya dapat naik ketika dia
meregang (membesar) atau turun ketika menyempit. Perubahan tahanan ini bisa
dikonversi menjadi perubahan tegangan listrik dengan menggunakan rangkaian
15
Jembatan Wheatstone. Untuk mengukur tekanan, Strain gauge ini kemudian dipasang
pada permukaan diapragma, ketika tekanan bekerja pada diapragma dan diapragma
melengkung maka strain gauge juga ikut melengkung, nilai tahanan strain gauge
berubah dan berarti tegangan keluaran juga akan ikut berubah.
2.5.1. Sensor Tekanan MPX5100
Sensor tekanan MPX5100 merupakan seri Manifold Absolute Pressure (MAP)
yaitu sensor tekanan yang dapat membaca tekanan udara dalam suatu manifold
(Achmad Rifa’i dkk, 2013). Pada dasarnya sensor tekanan MPX5100 adalah sebuah
sensor tekanan yang sudah dilengkapi dengan rangkaian pengkondisi sinyal dan
temperatur kalibrator yang membuat sensor ini stabil terhadap perubahan suhu. Untuk
akurasi pengukuran sensor ini menggunakan teknik micro machine, thin film
metalization dan proses bipolar semiconductor. MPX5100 adalah Strain gauge jenis
piezoresistif tranducer berbahan silicon yang terintegrasi dalam sebuah chip, bekerja
pada tekanan 0 kPa sampai 100 kPa (0 psi sampai 14,5 psi) atau 15 kPa sampai 115 kPa
(2,18 psi sampai 16,68 psi) dengan tegangan output 0,2 volt sampai 4,7 volt. Bentuk
fisik sensor tekanan MPX5100 cukup kecil seperti terlihat pada gambar 2.3 dibawah.
Gambar 2.3 Sensor tekanan MPX5100
(http://www.indo-ware.com/produk-2318-mpx5100-mpx5100.html)
Gambar 2.4 Dimensi sensor tekanan MPX5100
(www.FreescaleSemiconductor.com)
16
Sensor tekanan ini didesain untuk aplikasi range yang lebar, terutama bekerja pada
microcontroller atau microprocessor dengan sinyal analog maupun sinyal digital,
sensor ini terbuat dari elemen tranducer tunggal yang dikombinasikan menggunakan
teknik micromachining dengan logam film tipis dan diproses secara bipolar untuk
menghasilkan output sinyal analog level tinggi yang akurat dan proporsional untuk
aplikasi tekanan. Adapun konfigurasi pin-pin pada kaki komponen ini adalah sebagai
berikut.
Tabel 2.2 Pin Number dari MPX5100
PIN NUMBER
1 Vout
2 Gnd
3 Vs
4 N/C
5 N/C
6 N/C
(www.FreescaleSemiconductor.com)
Gambar 2.5 Grafik tegangan keluaran dan tekanan
(https://apriliaerlita.wordpress.com/2017/05/01/sensor-tekanan-tugas-
pendahuluan-praktikum/)
Gambar 2.5 menunjukkan perubahan tekanan terhadap tegangan output dari sensor
di mana perubahan bergerak linear setelah 20 kPa. Tampak 3 buah garis pada grafik
tersebut yang menunjukkan batas maksimum dan minimum error dari hasil pengukuran
sensor. Sensor tekanan pada aplikasi robotik seringkali digunakan sebagai feedback
17
mechanic di mana sistem mikrokontroler dapat mendeteksi kondisi mekanik pada saat
itu. Contohnya untuk mendeteksi kuat lemah cengkeraman robot atau menghitung
beban yang diletakkan pada robot. Selain itu pengukuran tekanan kompresi pada
manifold mesin (otomotif) sering menggunakan sensor tekanan MPX5100 ini karena
tetap stabil dalam perubahan suhu yang tinggi.
2.5.1.1. Prinsip kerja
Prinsip kerja sensor tekanan itu sendiri adalah mengubah tegangan mekanik
menjadi listrik. Kurang ketegangan sendiri didasarkan pada prinsip bahwa tahanan
pengantar berubah dengan panjang dan luas penampang. Daya yang diberikan pada
kawat itu sendiri menyebabkan kawat menjadi bengkok. Sehingga meuyebabkan
ukuran kawat berubah dan mengubah ketahanannya. (David Satria, 2014)
2.6. Android sebagai User Interface (UI)
Diantara keunikan yang dimiliki android adalah sistem operasi tersebut memiliki
banyak User Interface (UI). UI atau dalam bahasa Indonesia “desain antarmuka”
merupakan tampilan awal yang menghubungkan user (pengguna) android dengan
software yang terpasang diperangkat android. Dengan kata lain, UI adalah tampilan
grafis yang ditawarkan kepada setiap pengguna android. (Kartika Dwintaputri, 2015)
2.6.1. App inventor
MIT App Inventor adalah aplikasi inovatif yang dikembangan Google dan MIT
untuk mengenalkan dan mengembangkan pemrograman android dengan
mentrasformasikan bahasa pemrograman yang kompleks berbasis teks menjadi berbasis
visual (drag and drop) berbentuk blok-blok.
Framework visual programming ini terkait dengan bahasa pemrograman scratch
dari MIT, yang secara spesifik merupakan implementasi dari open block yang
didistribusikan oleh MIT Scheller Teacher Education Program yg diambil dari riset
yang dilakukan oleh Ricarose Roque. App Inventor menggunakan Kawa Language
Framework dan Kawa’s dialect yang didevelop oleh Per Bothner dan didistribusikan
sebagai bagian dari GNU Operating System oleh Free Software Foundation sebagai
compiler yang mentranslate visual block programming untuk diimplementasikan pada
platform android.
18
2.6.1.1. Design View
Palette
Palette terdiri dari objek apa saja yang bisa digunakan ke dalam aplikasi. Palette
terdiri dari beberapa grup yang semuanya dikelompokkan ke dalam satu grup jika
memiliki tema dan fungsi yang sama.
Viewer
Terdiri dari tampilan telepon selular dan komponen–komponen yang bisa diklik.
Component
Terdiri dari daftar komponen apa saja yang telah ditambahkan ke dalam projek.
Tampilannya berupa susunan atau daftar yang memudahkan untuk mengatur
komponen atau melihat apa saja yang berbentuk seperti direktori.
Media
Terletak dibawah dari kolom component yang berfungsi untuk mengatur semua
media komponen untuk mendukung aplikasi. Gambar, clip art, musik dan video yang
digunakan tidak boleh melebihi 5 MB.
Property
Mengatur komponen sehingga bisa berinteraksi dengan pengguna maupun dengan
komponen lain, atau bagaimana tampilannya. Setiap komponen memiliki kolom
properties yang berbeda-beda.
2.6.1.2. Code Block
Code block pada app inventor digunakan untuk melakukan atau mengatur jalannya
program. Code block terdiri dari beberapa grup yang memilki fungsi berbeda-beda.
Grup yang ada pada Code block antara lain:
Control Blocks
Code blocks pada grup ini digunakan untuk mengatur bagaimana alur aplikasi
yang dibuat itu berjalan.
Logic Blocks
Biasanya digunakan untuk menentukan kondisi dengan memanipulasi nilai
boolean. Jadi logic block biasanya berhubungan dengan if else dan while yang
berada dalam Control Blocks.
19
Math Blocks
Blok ini digunakan untuk memanipulasi angka dan memasukkan angka.
Text Blocks
Blok yang berada dalam grup ini digunakan untuk memanipulasi, mengolah, dan
menyeleksi argumen dalam bentuk text.
List Blocks
Blok yang berada dalam grup ini digunakan untuk memanipulasi, mengolah, dan
menyeleksi list atau kumpulan dari nilai (variabel).
Colors Blocks
Blok yang berada dalam grup ini digunakan untuk memanipulasi dan mengolah
warna.
Variable Blocks
Blok yang berada dalam grup ini digunakan untuk memanipulasi dan mengolah
variabel.
Procedure Blocks
Blok yang berada dalam grup ini digunakan untuk membuat dan memanggil
procedure yang memungkinkan untuk tidak menulis ulang kode yang sama.
2.7. Bluetooth HC-05
Bluetooth adalah protokol komunikasi wireless yang bekerja pada frekuensi radio
2.4 GHz untuk pertukaran data pada perangkat bergerak seperti PDA, laptop, HP, dan
lain-lain (Setiawan, Vendik 2014). Salah satu hasil contoh modul bluetooth yang paling
banyak digunakan adalah tipe HC-05. Modul bluetooth HC-05 merupakan salah satu
modul bluetooth yang dapat ditemukan dipasaran dengan harga yang relatif murah.
Modul bluetooth HC-05 terdiri dari 6 pin konektor yang setiap pin konektor memiliki
fungsi yang berbeda - beda. Untuk gambar module bluetooth dapat dilihat pada gambar
dibawah ini:
Gambar 2.6 Module Bluetooth HC-05
( https://mbed.org/users/edodm85/notebook/HC-05-bluetooth)
20
Modul bluetooth HC-05 dengan supply tegangan sebesar 3,3 V ke pin 12 modul
bluetooth sebagai VCC. Pin 1 pada modul bluetooth sebagai transmitter. kemudian pin
2 pada bluetooth sebagai receiver. Penggunaan utama dari modul BT ini adalah
menggantikan komunikasi serial via kabel, sebagai contoh:
1. Jika akan menghubungkan dua sistem mikrokontroler agar bisa berkomunikasi via
serial port maka dipasang sebuah modul BT Master pada satu sistem dan modul BT
Slave pada sistem lainnya. Komunikasi dapat langsung dilakukan setelah kedua
modul melakukan pairing. Koneksi via bluetooth ini menyerupai komunikasi serial
biasa, yaitu adanya pin TXD dan RXD.
2. Jika sistem mikrokontroler dipasangi modul BT Slave memungkinkan
mikrokontroler berkomunikasi dengan perangkat lain semisal PC yang dilengkapi
adapter BT ataupun dengan perangkat ponsel, smartphone dan lain-lain
3. Saat ini banyak perangkat seperti printer, GPS modul dan lain-lain yang bekerja
menggunakan media bluetooth, tentunya sistem mikrokontroler yang dilengkapi
dengan BT Master dapat bekerja mengakses devices tersebut
Berikut merupakan konfigurasi pin bluetoooth HC-05 ditunjukkan pada gambar
dibawah ini:
Gambar 2.7 Konfigurasi Pin HC-05
Keterangan:
State :
untuk memberikan informasi jika sudah terhubung/tidak
dengan perangkat lain
RX : jalur penerimaan data
21
TX : jalur pengiriman data
GND : Ground
Vcc : sumber tegangan 3.6 – 6 volt
EN : untuk mengaktifkan AT Command setup
Berdasarkan dari keterangan diatas dalam perancangan alat ini hanya digunakan 4
pin saja dari 6 pin yang tersedia pada bluetooth HC-05 yaitu Vcc, Gnd, Tx dan Rx.
Untuk pin state dan EN tidak digunakan dalam penelitian ini karena langsung
menggunakan pengaturan yang sudah ada maka AT Comand setup pada bluetooth tidak
perlu diatur ulang kembali. Konfigurasi pin pada module bluetooth HC-05 dapat dilihat
pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.3 Konfigurasi pin Module Bluetooth HC-05
No Nomor pin Nama Fungsi
1 Pin 1 Key -
2 Pin 2 VCC Sumber tegangan
3 Pin 3 GND Ground tegangan
4 Pin 4 TXD Mengirim data
5 Pin 5 RXD Menerima data
6 Pin 6 STATE -
(http://diytech.net/2012/03/07/dalam-beberapa-aplikasi-atau-disain-kadangkala-kita-
memerlukan)
2.8. Hukum Poiseuille
Untuk konversi dari tekanan menjadi volume menggunakan hukum Poiseuille
dengan persamaan yang dimulai dari persamaan (2-4) sampai dengan persamaan (2-7).
∆𝑃 =8ƞ𝐿
𝜋𝑟4 𝐼𝑣 (2-4)
∆𝑃 =8ƞ𝐿
𝜋𝑟4 𝜋𝑟2𝑣 (2-5)
∆𝑃 =8ƞ𝐿𝑣
𝑟2 (2-6) 𝑣 =
∆𝑃𝑟𝑟2
8ƞ𝐿 (2-7)
22
Keterangan :
ΔP = Pressure Drop (kPa)
𝑣 = Kecepatan (m/s)
ƞ = Viskositas gas (koefisien viskositas udara=1,8 x 10-5 Pa.s)
L = Length of tube (cm)
𝑟 = radius of tube (cm)
𝐼𝑣 = Kelajuan (Volume/detik)
Berdasarkan persamaan 2-4 sampai dengan persamaan 2-7 maka untuk mencari
kelajuan dari alat ditulis dengan persamaan dibawah:
𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑙𝑣 =𝑉
𝑡=
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 (2-8)
𝐴𝑣 =𝑉
𝑡 (2-9)
𝑉 = 𝜋𝑟2𝑣𝑡 (2-10)
2.9. Mean Absolute Percentage Error (MAPE)
MAPE merupakan rata-rata dari keseluruhan persentase kesalahan (selisih) antara
data aktual dengan data hasil peramalan. Ukuran akurasi dicocokkan dengan data time
series dan ditunjukkan dalam persentase. Adapun persamaan yang digunakan untuk
menghitung galat dari suatu data yaitu sebagai berikut.
𝑀𝐴𝑃𝐸 = 1
𝑁∑
|𝑥𝑖−𝑓𝑖|
𝑥𝑖
𝑁𝑖=1 100% (2-11)
Keterangan :
N = Banyak data
Xi = Data terhitung
fi = Data terukur
2.10. Volume Bola
Bola merupakan sebuah bangun ruang di mana permukaannya memiliki jarak yang
sama terhadap titik pusatnya. Pada penelitian ini bola digunakan sebagai wadah untuk
menampung volume udara dari balon pada saat kalibrasi.
23
𝑉 = 4
3𝜋𝑟3 (2-12)
Keterangan : V = Volume bola
𝜋 = 22/7 atau 3,14
r = jari-jari bola
24
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Objek penelitian
Objek pengujian dalam penelitian ini adalah tingkat pernafasan (frekuensi nafas)
pada manusia. Adapun penelitian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar
keberhasilan hasil kalibrasi alat penghitung tingkat pernafasan manusia menggunakan
arduino board dengan perangkat android sebagai user interface dibandingkan dengan
alat ukur atau metode manual biasa. Alat ini diujikan pada manusia normal, dalam hal
ini untuk manusia dewasa dan umum untuk segala kalangan.
3.2. Desain penelitian
Desain penelitian adalah pedoman atau prosedur serta teknik dalam perencanaan penelitian
yang berguna sebagai panduan untuk membangun strategi yang menghasilkan model atau blue
print penelitian. Model ini mengambil proses dasar seperti analisis kebutuhan, desain
sistem, pengujian alat serta operasi dan pemeliharaan alat.
3.2.1. Analisis kebutuhan
Untuk merancang alat penghitung tingkat pernafasan manusia dibutuhkan
mikrokontroler arduino uno, sensor tekanan MPX5100DP yang digunakan sebagai
sensor nafas, dan handphone dengan sistem operasi android. Sedangkan untuk
perangkat lunak dibutuhkan software arduino IDE dan APP inventor.
3.2.2. Desain sistem
Desain sistem adalah tahapan dimana dilakukan penuangan pikiran dan
perancangan sistem terhadap solusi dari permasalahan yang ada dengan menggunakan
perangkat pemodelan sistem seperti desain sistem dan prinsip kerja alat.
3.2.2.1. Diagram Blok
Blok diagram adalah diagram dari sebuah sistem , dimana bagian utama atau fungsi
yang diwakili oleh blok dihubungkan dengan garis yang menunjukkan hubungan dari
blok. Diagram blok banyak digunakan dalam dunia rekayasa dalam desain
hardware, desain elektronik, desain software, dan proses aliran diagram. Dalam
25
penelitian ini dibuat blok untuk menunjukkan sistem kerja pada alat ini, seperti pada
gambar 3.1.
Gambar 3.1 Desain sistem alat penghitung tingkat pernafasan manusia
Dari blog diagram diatas dapat dijelaskan proses kerja dari alat penghitung tingkat
pernafasan yang dibuat yaitu sebagai berikut:
1. Sensor tekanan MPX5100DP diberikan supply tegangan dari sumber sebesar 5 volt.
Sensor tekanan ini sendiri berfungsi sebagai pendeteksi hembusan atau tiupan nafas
dari pasien atau sampel data.
2. Keluaran dari sensor tekanan yang telah ditiup diproses oleh arduino (Atmega328)
sebagai masukan yang juga telah diberikan supply tegangan sebesar 5 volt.
3. Setelah data dari sensor diproses oleh arduino maka data akan langsung dikirim ke
handphone melalui bluetooth (HC-05).
4. Setelah data dikirim dari arduino maka handphone akan menampilkan data yang
telah diterima menggunakan perangkat dengan OS (sistem operasi) android.
5. Data yang ditampilkan antara lain : volume nafas dalam satu kali hembusan/tiupan,
jumlah nafas, diagnosa, waktu yang telah ditempuh dalam pengambilan nafas
maksimal 1 menit.
3.2.2.2. Diagram alir penelitian
Flowchart atau diagram alir adalah sebuah jenis diagram yang mewakili algoritme,
alir kerja atau proses, yang menampilkan langkah-langkah dalam bentuk simbol-simbol
grafis, dan urutannya dihubungkan dengan panah. Diagram ini mewakili ilustrasi atau
penggambaran penyelesaian masalah. Diagram alir digunakan untuk menganalisa,
26
mendesain, mendokumentasi atau memanajemen sebuah proses atau program di
berbagai bidang. Dalam penelitian ini diagram penelitian dapat dilihat pada gambar 3.2
dibawah.
Gambar 3.2 Diagram alir peneletian
Diagram diatas mewakili ilustrasi atau penggambaran penyelesaian masalah yang
akan dilakukan dalam penelitian. Berikut adalah penjelasan sederhana dari diagram
diatas.
1. Mulai merupakan awal dari proses perancangan.
2. Pembuatan hardaware dan software merupakan persiapan atau inisialisasi dari alat
yang akan dibuat.
3. Kalibrasi merupakan proses untuk menentukan langkah ketika alat yang telah dibuat
sesuai atau tidak sesuai dengan alat yang telah dibuat sebelumnya. Jika belum sesuai
perlu dilakukan revisi ulang terhadap pembuatan alat.
27
4. Pengambilan data adalah proses memasukkan data yang telah diterima dari alat yang
telah dibuat.
5. Hasil dan pembahasan adalah proses mengkalkulasikan data yang telah dimasukkan.
Dalam proses ini kita mengkategorikan data-data berdasarkan jumlahnya.
6. Selesai adalah akhir dari proses perancangan.
3.2.2.3. Diagram alir pemrograman Arduino
Gambar 3.3 Diagram alir program arduino
Program akan menginialisasi sensor, pin dan variabel-variabel yang digunakan
pada arduino. Setelah menginisialisasi pin dan variabel kemudian jumlah data yang
masuk dari sensor akan dihitung dan dikalkulasikan menjadi satu dimana hasil
28
penjumlahan data diberi nilai “n” dalam 1 menit. Selanjutnya jumlah data yang telah
dihitung akan dikelompokkan dalam tiga kategori. Jika jumlah “n” diantara rentang 14
sampai dengan 20 maka data yang akan dicetak adalah normal. Jika jumlah “n” kurang
dari atau sama dengan 13 maka data yang akan dicetak adalah bradypnea. Jika jumlah
“n” lebih dari atau sama dengan 21 maka data yang akan dicetak adalah Tachypnea.
Sebagai hasil akhir program akan menunjukkan jumlah keseluruhan dari seluruh data
beserta nilai volume yang didapat. Program juga akan menunjukkan hasil diagnosa yang
didapat dari seleksi kategori yang telah dilakukan.
3.2.2.4. Perancangan desain sistem perangkat android
Gambar 3.4 Desain sistem perangkat android
Title adalah nama dari aplikasi yang telah dibuat, dalam penilitian ini diberikan nama
“Remote Alat Tingkat Pernafasan”.
Pilih bluetooth berfungsi untuk memberikan perintah pada aplikasi yang dijalankan
pada saat pengguna memilih perangkat bluetooth yang terditeksi oleh perangkat. Jika
perangkat bluetooth tersedia maka label 1 akan menampilkan teks “connected” , jika
tidak label 1 akan tetap menampilkan teks “not connected”. Pada saat perangkat
device telah terhubung maka button dapat berfungsi dan mengirimkan data pada
mikrokontroller untuk di proses. Berikut bentuk tampilan flowchart (diagram alir)
button pilih bluetooth yang akan dibuat.
29
Gambar 3.5 Flowchart pilih Bluetooth
Keterangan disini adalah untuk memberikan informasi terkait masalah diagnosa
kondisi pasien. Jika keterangan menampilkan hasil 1 berarti bradypnea(tingkat
pernafasan lebih lambat), Jika keterangan menampilkan hasil 2 berarti eupnea
(tingkat pernafasan normal), Jika keterangan menampilkan hasil 3 berarti Tachypnea
(tingkat pernafasan lebih cepat).
Hasil penghitungan berfungsi untuk menampilkan seluruh data yang telah diolah
oleh Arduino. Disini data yang ditampilkan berdasarkan dari serial.print pada
Arduino. Hasil penghitungan berbentuk nilai volume, frekuensi tiap menit, dan hasil
diagnosa kondisi pasien.
3.3. Alat dan bahan penelitian
Pada pembuatan atau perancangan alat penghitung tingkat pernafasan ini
memmbutuhkan beberapa komponen bahan dan alat-alat untuk mendukung berjalannya
perancangan, antara lain:
30
Tabel 3.1 Alat dan bahan
Komponen Jumlah Komponen Jumlah
Arduino Uno 1 Bluetooth HC-05 1
Sensor MPX5100DP 1 Laptop 1
Kapasitor Bypass 1 HP OS Android 1
Jumper 1 pcs Pipa Venturi 1
Project board 1
3.4. Kalibrasi instrumen
Kalibrasi merupakan serangkaian kegiatan yang membentuk hubungan antara nilai
yang ditunjukkan oleh instrumen ukur atau sistem pengukuran, atau nilai yang diwakili
oleh bahan ukur, dengan nilai-nilai yang sudah diketahui yang berkaitan dari besaran
yang diukur dalam kondisi tertentu. Dalam penelitian ini peneliti menggunakan alat
ukur spirometer untuk pengkalibarasian volume pernafasan dan pengkalibarasian secara
manual tanpa alat ukur untuk menghitung jumlah (tingkat pernafasan).
3.5 Perancangan alat dan perangkat
3.5.1 Perancangan alat
Gambar 3.6 Rangkaian alat keseluruhan
Keterangan:
1. Alat penghitung tingkat pernafasan manusia ini hanya menggunakan satu sensor saja
yaitu sensor tekanan MPX5100DP yang berfungsi untuk mendeteksi tiupan atau
31
hembusan nafas. Sensor ini terlebih dahulu disambungkan dengan venturimeter
sebagai alat untuk meniupkan nafas.
2. Agar keluaran dari sensor teratur maka antara ground dan juga Vout pada sensor
disambung menggunakan kapasitor elco dengan besar sekitar 0.47 nF.
3. Keluaran dari sensor tersebut akan dikirim dan diolah oleh mikrokontroller
ATMEGA328 (Arduino Uno). Dimana setiap pin pada sensor dan mikrokontroller
dihubungkan menurut tabel dibawah ini.
Tabel 3.2 Konfigurasi pin MPX5100DP dan Arduino
Pin Sensor MPX5100DP Pin ATMEGA 328 (Arduino)
Vout A0
GND GND
Vin 5V
Didalam mikrokontroller data akan diolah dan diproses kemudian hasilnya akan
ditampilkan pada perangkat android yang sebelumnya telah dibuat menggunakan
APP Inventor.
4. Untuk menghubungkan android dengan arduino pada alat ini menggunakan bluetooth
HC-05 sebagai pengirim data dari arduino ke android. Dimana setiap pin pada
mikrokontroller dan bluetooth dihubungkan menurut tabel dibawah ini.
Tabel 3.3 Konfigurasi pin Arduino dan Bluetooth
Pin ATMEGA 328 (Arduino) Pin Bluetooth (HC-05)
GND GND
5V Vin
Pin 0 (RX) TX
Pin 1 (TX) RX
3.5.2 Perancangan perangkat Android
Untuk perancangan perangkat Handphone dengan OS (sistem operasi) Android
pada penilitian ini digunakan aplikasi App Inventor dengan langkah-langkah pembuatan
sebagai berikut:
1. Yang pertama dilakukan dalam pembuatan perangkat ini adalah mendesain tampilan
awal dari perangkat.
32
Gambar 3.7 Tampilan Design View App Inventor
Untuk mendesain tampilan awal dari perangkat, masuk pada menu Design yang
terdapat pada pojok kanan atas aplikasi. Pada screen1 dibuat tiga buah kotak vertical
dan horizontal arrangement yang terdiri dari label Bluetooth, label keterangan dan
label hasil. Setiap kotak dan label diatur berdasarkan fungsi masing-masing dan
tampilan yang telah ditentukan pada penelitian.
2. Setelah membuat tampilan awal dari perangkat maka langkah selanjutnya adalah
memasukkan kode pada setiap label yang telah dibuat.
Gambar 3.8 Tampilan block code App inventor
Setiap blok memiliki fungsi yang berbeda-beda yang dimana setiap blok mewakili
satu perintah. Button-button yang telah dibuat pada saat mendesain tampilan
perangkat juga deberi nama dan kemudian diberikan perintah pada block code.
Fungsi dari setiap blok dapat dilihat pada tabel 3.4 dibawah ini:
33
Tabel 3.4 Fungsi dari setiap blok kode
Blok Fungsi
Apabila apilkasi pada
screen1 terbuka atau
aplikasi sedang berjalan
dan tombol back (keluar)
pada Handphone ditekan
maka pengguna akan
keluar dari aplikasi
Apabila ListPicker belum
dipilih maka jadikan
elemen-elemen yang ada
dengan nama modul
Bluetooth. Jadi ketika
ada Bluetooth lain yang
terditeksi maka akan
ditampilkan juga
Jika Listpicker1 sudah
memilih dan yang dipilih
adalah Addres Bluetooth
yang terkoneksi dengan
Arduino maka
selanjutnya perangkat
akan mendeteksi apakah
elemen yang sudah
dibuat terhubung dengan
Bluetooth, jika terhubung
maka label
hasil_Bluetooth akan
berubah menjadi
Connected dan berubah
warna menjadi hijau. Jika
belum terhubung maka
34
Blok Fungsi
label hasil_Bluetooth
akan tetap bertuliskan
Not Connected dan
berwarna merah.
Bagian clock1 adalah
bagian untuk pergantian
data yang dikirim dari
Arduino ke Handphone.
Disini diperintahkan
apabila waktu berjalan
ketika Bluetooth sudah
terhubung dan data yang
dikirim lebih dari nol
maka kita jadikan label
hasil menjadi data yang
dikirm oleh arduino
menggunakan
serial.print. data disini
akan bergantian sesuai
delay yang telah diatur
pada sketch Arduino.
35
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Perancangan alat
Pada penelitian ini menghasilkan suatu alat penghitung tingkat pernafasan
manusia menggunakan Arduino board dengan perangkat Android sebagai user
interface seperti terlihat pada gambar dibawah.
Gambar 4.1 Alat penghitung tingkat pernafasan manusia
Keterangan gambar:
1. Arduino Uno
2. Project Board
3. Elco
4. Bluetooth HC-05
5. Pipa Venturi (alat nafas)
6. Sensor MPX5100 DP
Spesifikasi alat:
1. Tegangan masukan : 5 volt
2. Arus masukan : 1 Ampere
36
3. Waktu pengukuran : 1 menit (tingkat pernafasan), ± 10
detik (volume pernafasan)
4. Display : HP OS Android
5. Dimensi alat : t = 5cm, l = 6.5 cm, p = 13.5 cm
6. Panjang pipa pernafasan : 10 cm, radius = 2 cm.
7. Massa alat : 214 gram
8. Ketelitian alat : 98.75 %
9. Nama alat : Spiro10
4.2 Pengujian ADC
Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran
yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Dalam
penelitian ini dilakukan pengujian ADC untuk memastikan keakuratan data yang
diperoleh dari mikrokontroller.
4.2.1 Cara pengujian ADC
Pada penelitian ini sebelum mikrokontroller dihubungkan dengan komponen yang
digunakan dalam perancangan alat penghitung tingkat pernafasan terlebih dahulu ADC
dari mikrokontroller diuji menggunakan bahan atau sensor yang keluarannya sama
dengan sensor tekanan MPX5100DP sebagai acuan dalam pengambilan data.
Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam pengambilan data ini dapat dilihat
pada tabel 4.1 dibawah.
Tabel 4.1 Aalat dan bahan pengujian ADC
No Alat dan bahan Jumlah
1 Arduino Uno 1 buah
2 Kabel jumper 1 pcs
3 Potensiometer (10k) 1 buah
4 Project board 1 buah
5 Software Arduino IDE -
Kemudian alat dan bahan yang telah ada dihubungkan menjadi satu seperti
rangkaian yang ditunjukkan pada gambar 4.2.
37
Gambar 4.2 Rangkaian pengujian ADC
Board arduino uno memiliki resolusi 10 bit dengan nilai terbesar 1023. Arduino
uno memiliki tegangan masukan atau sumber sebesar 5 volt. Pada rangkaian diatas
board arduino dihubungkan dengan sebuah Potensiometer 10k dengan kabel jumper.
Potensiometer berfungsi sebagai pengatur tegangan pada rangkaian yang dimana
memiliki 3 buah pin yang terhubung dengan arduino. Keluaran tegangan yang diatur
pada potensiometer diukur menggunakan voltmeter dengan titik ukur yang terletak pada
A0 dan ground atau pada gambar diatas pada kabel hijau dan hitam. Konfigurasi pin
pada arduino dan potensiometer dapat dilihat pada tabel 4.2 dibawah ini.
Tabel 4.2 Konfigurasi pin Arduino dan Potensiometer
Arduino Potensiometer
Gnd Pin 1 (Gnd)
5V Vin
A0 Vout
Rangkaian diatas kemudian diberikan masukan kode atau source code sebagai perintah
untuk pembacaan adc sensor. Berikut adalah source code dari rangkaian diatas:
int analogPin = A0;
int ujiadc = 0;
void setup()
{
38
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
ujiadc = analogRead(analogPin);
delay(100);
Serial.println(lang);
}
Berikut ini adalah penjelasan untuk source code (sketch) program tersebut.
Untuk pin analog yang digunakan ialah A0, yang terhubung dengan data analog dari
potensiometer.
Untuk variabel uji ADC dengan (jenis data integer) digunakan untuk menyimpan
nilai pembacaan ADC sebelum ditampilkan, dan diberikan nilai awal 0.
Proses inisialisasi setup dengan menentukan baud rate yang digunakan untuk jalur
serial, yakni 9600.
Untuk program utama berisi function analogRead() yang digunakan untuk membaca
nilai ADC pada analogPin, yakni pin Arduino A0.
Pemberian delay() ditujukan agar pembacaan nilai ADC stabil.
Baris program selanjutnya untuk menampilkan data nilai ADC pada serial monitor.
4.2.2 Hasil pengujian ADC
Pengujian ADC internal mikrokontroler ATmega 328 atau arduino uno dilakukan
dengan cara membandingkan tegangan masukan ADC dengan data ADC pada uji coba
dengan rangkaian dan juga dengan data ADC terhitung menggunakan persamaan pada
bab II yaitu persamaan 2-1.
Berdasarkan tabel 4.3 tegangan masukan didapatkan dari keluaran potensiometer
yang diatur semakin meningkat. Nilai didapatkan dari hasil ukur menggunakan
voltmeter dengan menempatkan titik ukur pada A0 dan ground. Setelah mengatur
keluaran potensiometer yang berbeda-beda kemudian dihasilkan nilai data ADC yang
berbeda-beda dan semakin meningkat juga. Hal ini membuktikan bahwa data antara
tegangan masukan dan data ADC itu fluktuatif atau berbanding lurus. Untuk data
39
terhitung didapat dari proses menghitung dengan menggunakan persamaan konversi
ADC pada baba II yaitu persamaan 2-1.
Tabel 4.3 Tabel hubungan antara tegangan masukan ADC dengan data keluaran ADC.
No Tegangan masukan
(mV)
Data terhitung
(dec)
Data ADC
(dec)
Galat
(%)
1 0 0 0 0
2 300 61 60 1.6
3 568 116 116 0
4 789 161 161 0
5 1025 209 205 1.9
6 1395 285 285 0
7 1476 302 300 0.6
8 1912 391 390 0.2
9 2021 413 405 1.9
10 2444 500 490 2.0
11 2789 571 571 0
12 3034 621 608 2.1
13 3309 677 670 1.0
14 3658 749 746 0.4
15 3994 817 817 0
16 4071 833 833 0
17 4285 877 877 0
18 4578 937 937 0
19 4789 980 978 0.2
20 4807 984 980 0.4
21 4899 1003 1002 0.09
Setelah menghitung galat antara data ADC dan data terhitung selanjutnya selisih
antara kedua data tersebut dimasukkan kedalam persamaan Mean Absolute Percentage
Error (MAPE) untuk mencari error secara kesuluruhan. Hal ini dilakukan untuk
mengetahui berapa akurasi ADC arduino dalam membaca keluaran sensor.
40
𝑀𝐴𝑃𝐸 = 1
𝑁∑
|𝐷𝑇 − 𝐷𝐴𝐷𝐶|
𝐷𝑇
𝑁
𝑖=1
=1
21
× (0 + 0.016 + 0 + 0 + 0.019 + 0 + 0.006 + 0.002 + 0.019 + 0.020
+ 0 + 0.021 + 0.010 + 0.004 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0.002 + 0.004
+ 0.0009 ) ×= 1
21× 0,4839 = 0.0230
𝑀𝐴𝑋𝐴𝐸 = 0.021
𝑀𝐼𝑁𝐴𝐸 = 0
Hasil perhitungan MAPE menunjukkan bahwa ADC pada arduino memiliki akurasi
97.7%, sehingga ADC pada arduino yang digunakan dalam penelitian ini masih dalam
keadaan baik.
4.3 Kalibarasi alat
Tujuan kalibrasi adalah menjaga kendali mutu dengan memastikan kinerja dan
akurasi berbagai instrument yang digunakan melalui penentuan penyimpangan nilai
standar dengan nilai yang ditunjukkan alat ukur. Perlunya kalibrasi pada alat Spiro10
bertujuan untuk menjadikan alat ini sesuai standar untuk bisa digunakan seperti alat
penghitung tingkat pernafasan dan volume pernafasan lainnya.
4.3.1 Cara kalibrasi alat
Adapun hal-hal yang perlu disiapkan dan dilakukan pada saat kalibrasi alat antara
lain adalah :
1. Menyiapkan alat dan bahan
Adapun beberapa syarat yang harus dipenuhi oleh alat dan bahan yang digunakan.
Hal-hal yang dibutuhkan dalam proses kalibrasi antara lain yaitu adanya obyek ukur
dan adanya calibrator. Alat dan bahan yang digunakan pada kalibrasi alat spiro10
antara lain adalah 1 buah balon dan 1 buah bola dan inflator gun yaitu sebagai obyek
yang diukur.
41
Gambar 4.3 Alat dan bahan kalibrasi
Inflator gun berfungsi untuk meniupkan udara dari kompresor kedalam balon dan
bola. Balon dan bola sendiri berfungsi sebagai wadah untuk menampung udara.
Alasan digunakannya balon dan bola karena ketika udara ditiupkan terhadap balon
volumenya akan sulit diketahui karena jari-jari balon berubah-ubah karena bentuknya
yang lonjong, karena itu digunakan bola yang lebih presisi jari-jarinya agar
penghitungan volume lebih tepat.
2. Memberikan masukan pada balon dan bola
Dengan menggunakan kompresor yang terhubung dengan inflator gun udara
dimasukkan kedalam balon yang terlebih dahulu ditempatkan didalam bola sebagai
wadah luar seperti gambar dibawah.
Gambar 4.4 memberi masukan terhadap balon
Balon yang telah dimasukkan kedalam bola diberikan masukan udara sampai balon
sebesar bola. Hal ini bertujuan agar volume udara pada balon sama dengan volume
yang ada pada bola. Volume bola didapatkan berdasarkan persamaan volume bola
dibawah.
Diketahui bola yang dipakai pada saat kalibrasi memiliki nilai jari-jari yaitu sebesar
15cm. Jika dimasukkan kedalam persamaan maka menghsailkan nilai volume yaitu
42
sebesar 14130 cm3. Kemudian dikonvesi kembali menjadi satuan liter yang dimana 1
cm3 setara dengan 0,001 Liter sehingga 14130 cm3 = 14,130 Liter.
3. Menyocokkan nilai kalibrasi
Udara yang telah dimasukkan kedalam balon kemudian ditiupkan langsung kedalam
alat dengan cara menyambungkan ujung balon dengan pipa venturi pada spiro10.
Gambar 4.5 memberikan masukan pada spiro10
Hasil yang ditunjukkan pada alat spiro10 kemudian dicocokkan dengan volume
balon yang telah dihitung diatas. Berdasarkan hasil yang ditunjukkan pada alat yaitu
sabesar 14 Liter dan hasil yang ditunjukkan pada hasil perhitungan volume balon
atau bola yaitu sebesar 14,130 Liter maka dengan persentase error kurang dari 1%
maka kalibrasi dinyatakan berhasil.
4.3.2 Perbandingan hasil kalibrasi
Perbandingan hasil kalibrasi selanjutnya dilakukan dengan membandingkan hasil
pengukuran alat Spiro10 yang telah dibuat dengan spirometer. Pada saat pengujian
kedua alat tersebut diberikan masukan (tekanan udara) yang sama melalui sebuah
kompresor angin melalui inflator gun (maksimal 220 mmHg). Tekanan udara yang
diberikan semakin meningkat yang hasilnya kemudian dihitung galat yang didapat.
Berdasarkan hasil konversi satuan tekanan dimana mengubah mmHg (milimeter
mercury (0oC)) ke pascal yaitu berkisar antara 1 mmHg = 0.133322 kilopascal (kPa),
hasil perhitungan ini didapat dari perhitungan yang sudah ditentukan dalam satuan
tekanan. Sedangkan untuk mengkonversi satuan pascal ke liter digunakan persamaan
Poiseuille pada bab II.
43
Pertama kita gunakan persamaan 2-4 samapai 2-7 untuk mencari kecepatan (v)
yang dimana diketahui panjang pipa = 10cm, radian = 2 cm, ΔP = 1 kPa, sehingga
menghasilkan v = 2,777.77 m/s. Untuk mecari volumenya kita gunakan persamaan 2-8
sampai 2-10 dengan diketahui t = 1 detik, sehingga menghasilkan Volume = 34.879
mm3. Jika di konversi menjadi liter menjadi 0.34879 karena 1 mm3 = 10-6 liter.
Tabel 4.4 Hasil kalibrasi spirometer dengan alat yang dibuat.
No Tekanan Spirometer
(Liter)
Alat
(Liter)
Galat
(%) Kompresor Sensor
1 10(mmHg) 1.33322(kPa) 0.05 0.046 8.0
2 15(mmHg) 1.99983(kPa) 0.075 0.069 8.0
3 20(mmHg) 2.66644(kPa) 0.1 0.093 7.0
4 25(mmHg) 3.33305(kPa 0.125 0.116 7.2
5 30(mmHg) 3.99966(kPa) 0.125 0.139 11.2
6 35(mmHg) 4.66627(kPa) 0.15 0.162 8.0
7 40(mmHg) 5.3328(kPa) 0.2 0.186 7.0
8 45(mmHg) 5.9949(kPa) 0.2 0.209 4.5
9 50(mmHg) 6.6661(kPa) 0.25 0.232 7.2
10 55(mmHg) 7.33271(kPa) 0.25 0.255 2.0
11 60(mmHg) 7.99932(kPa) 0.3 0.279 7.0
12 70(mmHg) 9.33254(kPa) 0.3 0.325 8.3
13 80(mmHg) 10.66576(kPa) 0.4 0.372 7.0
14 100(mmHg) 13.3322(kPa) 0.45 0.465 3.0
15 120(mmHg) 15.99864(kPa) 0.60 0.558 7.0
16 140(mmHg) 18.66508(kPa) 0.675 0.651 3.5
17 160(mmHg) 21.33152(kPa) 0.7 0.744 6.2
18 200mmHg) 26.6644(kPa) 1 0.930 7.0
19 220(mmHg) 29.33084(kPa) 1 1.023 2.3
20 240(mmHg)/ 31.99728(kPa) 1.115 1.116 0.08
Berdasarkan pada gambar grafik diatas dan perhitungan MAPE didapat kesimpulan
bahwa data spirometer dan data alat memiliki selisih rata-rata kurang dari 10%. Grafik
44
diatas didapat galat yang cukup besar diawal disebabkan karena sensor akan lebih
akurat saat membaca tekanan disaat tekanan lebih dari 20kPa. Sehingga disaat diberi
masukan diatas 20kPa galat yang dihasilkan lebih sedikit. Berdasarkan perhitungan
MAPE disimpulkan bahwa alat memiliki akurasi sebesar 93.908%.
Gambar 4.6 Grafik perbandingan tekanan sensor dan galat
Untuk mencari galat antara spiro10 yang telah dibuat dengan spirometer sebagai
pembanding digunakan persamaan Mean Absolute Percentage Error (MAPE).
𝑀𝐴𝑃𝐸 = 1
𝑁∑
|𝐷𝑎𝑡𝑎𝑆𝑝𝑖𝑟𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 − 𝐷𝑎𝑡𝑎𝐴𝑙𝑎𝑡|
𝐷𝑎𝑡𝑎𝑆𝑝𝑖𝑟𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟
𝑁
𝑖=1
=1
20
× (0.08 + 0.08 + 0.07 + 0.072 + 0.112 + 0.08 + 0.07 + 0.045
+ 0.072 + 0.02 + 0.07 + 0.083 + 0.07 + 0.03 + 0.07 + 0.035
+ 0.062 + 0.07 + 0.023 + 0.0008 ) = 1
20× 1.2184 = 0.06092
𝑀𝐴𝑋𝐴𝐸 = 0.112
𝑀𝐼𝑁𝐴𝐸 = 0.0008
Berdasarkan penghitungan MAPE diatas dapat dilihat bahwa galat atau error
secara keseluruhan mencapai 6.092%.
4.4 Pengujian alat
Setelah dilakukannya pengujian ADC dan juga kalibrasi pada alat yang telah dibuat
(spiro10) maka langkah selanjutnya adalah mencoba atau menguji alat tersebut terhadap
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40
Gal
at
Tekanan sensor
45
pasien (manusia). Pengujian alat ini bertujuan sebagai bentuk pengaplikasian terhadap
masyarakat yang diharapkan dapat berguna dalam kehidupan sehari-hari.
4.4.1 Teknik pengambilan data
Adapun langkah-langkah dalam menggunakan alat spiro10, antara lain adalah
sebagai berikut.
1. Menyiapkan spiro10 dan Handphone
Pastikan spiro10 telah terhubung power supply dengan tegangan masukan sebesar 5
volt dan juga arus 1A. Hal ini sangat penting karena jika alat belum ada tegangan
maka tentu komponen seperti bluetooth dan arduino pada alat tidak akan berfungsi.
Handphone dengan OS android terlebih dahulu dipastikan terpasang perangkat
khusus yang telah dibuat untuk menampilkan data yang dikirim melalui spiro10
seperti yang terlihat pada gambar dibawah.
Gambar 4.7 Handphone yang telah terpasang perangkat Android
Gambar diatas merupakan gambar dari icon aplikasi (perangkat Android) yang
berfungsi sebagai display alat spiro10 yang diberi nama tingkat_pernafasan.
2. Koneksi spiro10 dan Handphone dengan Bluetooth
Setelah dipastikan terpasangnya perangkat maka langkah selanjutnya adalah
menyambungkan spiro10 dengan Handphone melalui koneksi Bluetooth. Cara
menyambungkan koneksi alat ini sama dengan saat menyambungkan handphone
dengan perangkat lainnya.
Gambar 4.8 Memilih Bluetooth
Dengan menekan icon bluetooth diatas maka akan langsung muncul beberapa nama
bluetooh yang juga ikut terpindai oleh handphone. Namun disini tidak langsung
46
dipilih nama bluetooth Spiro10 karena hal itu akan dilakukan setelah membuka
aplikasi tingkat_pernafasan. Setelah membuka aplikasi tersebut maka tampilannya
seperti berikut.
Gambar 4.9 Tampilan awal aplikasi dan koneksi Bluetooth
Sebelum aplikasi terhubung maka akan ada pemberitahuan dengan tanda tulisan
merah Not Connected. Selanjutnya pilih tombol bluetooth dan akan tampil beberapa
nama yang juga telah terpindai oleh Handphone. Bluetooth yang terpasang pada
Spiro10 diberi nama JDY-30 maka bluetooth yang terpilih atas nama tersebut.
Aplikasi dan spiro10 yang telah terhubung akan ditampilkan seperti gambar dibawah.
Gambar 4.10 Aplikasi yang telah terhubung
Tulisan Not Connected sebelum terhubung akan berubah menjadi Connected yang
menandakan bahwa spiro10 telah terhubung. Pada kolom hasil penghitungan akan
ditampilkan data dari serial.print dari mikrokontroller. Sebelum ada masukan atau
diberi masukan maka nilai dari volume nafas, jumlah nafas, diagnosa, dan waktu
akan bernilai 0 semua.
3. Pengambilan data
Pada saat memberikan masukan atau pengambilan data spiro10 menggunakan prinsip
kerja pengambilan data pada alat spirometer dengan metode FEV1 (forced expiratory
volume in one second) volume udara paksa maksimum dalam satu detik yaitu
meniupkan nafas semampu pasien pada alat. Pasien akan diminta untuk mengambil
47
napas dalam dan kemudian meniup sekeras dan selama mungkin melalui pipa
venturi. Alat akan mengukur berapa banyak udara yang dapat keluar dari paru-paru
dan seberapa banyak bisa meniupnya (dr. Agus Juanda). Untuk mengurangi
kesalahan dan kekurangan pada saat pengambilan data hidung pasien terlebih dahulu
ditutup seperti gambar 4.10 dibawah.
Gambar 4.11 Cara meniup alat
Langkah ini dilakukan berulang kali selama waktu 1 menit tanpa harus tergesgesa.
Lama waktu 1 menit pengambilan data bertujuan untuk menetukan berapa jumlah
nafas yang dapat diambil sebagai acuan penentuan diagnosa dalam tingkat
pernafasan manusia.
4.5 Data hasil alat
Pengambilan data dilakukan terhadap orang dewasa dengan rentang usia antara 18-
45 tahun dan berat badan antara 40-80 kg. Penelitian melibatkan responden laki-laki dan
perempuan dengan usia dan berat badan yang berbeda-beda. Hasil pengukuran dapat
dilihat pada Tabel 4.5, dari data yang dihasilkan dapat ditunjukkan perbedaan tingkat
pernafasan yang dinyatakan forced expiratory volume in one second (FEV1) yaitu
volume udara paksa maksimum dalam satu detik dan volume pernafasan seseorang yang
berkaitan dengan usia dan berat badan seseorang. Pada dasarnya tingkat dan volume
pernafasan dipengaruhi oleh usia dan jenis kelamin seseorang, namun pekerjaan,
aktifitas, penyakit dan berat badan seseorang juga dapat mempengaruhi. Seseorang yang
tubuhnya besar akan memiliki kapasitas volume pernafasan yang besar pula.
48
Tabel 4.5 Hasil uji alat
No Jenis
Kelamin
Umur
(Thn)
Massa
(Kg)
Volume
Nafas
(Liter)
FEV1
Waktu
(Detik)
Diagnosa
Bradypnea Eupnea Tachypnea
≤ 11 12 s/d
20 ≥21 Min Max Manual
(kali)
Spiro10
(kali)
Galat
(%)
1 P 21 45 0.78 2.94 17 17 0 55 √
2 P 27 40 0.70 2.56 15 15 0 53 √
3 L 25 75 0.98 3.82 17 17 0 53 √
4 L 27 65 0.88 3.28 16 16 0 57 √
5 L 31 65 0.79 3.21 15 15 0 56 √
6 L 31 59 0.77 3.16 15 16 6.25 58 √
7 L 38 65 0.81 3.19 14 14 0 58 √
8 L 45 76 0.63 2.89 15 15 0 55 √
9 P 32 70 0.70 2.63 16 16 0 55 √
10 P 40 45 0.77 2.23 14 14 0 58 √
11 P 44 70 0.83 3.04 14 15 6.25 53 √
12 L 41 76 0.80 3.12 15 15 0 57 √
49
No Jenis
Kelamin
Umur
(Thn)
Massa
(Kg)
Volume
Nafas
(Liter)
FEV1
Waktu
(Detik)
Diagnosa
Bradypnea Eupnea Tachypnea
≤ 11 12 s/d
20 ≥21 Min Max Manual
(kali)
Spiro10
(kali)
Galat
(%)
13 L 37 65 0.88 3.28 16 16 0 57 √
14 L 36 54 0.73 3.17 15 16 6.25 58 √
15 L 38 61 0.83 3.19 14 14 0 58 √
16 L 45 76 0.63 2.99 15 15 0 55 √
17 P 34 57 0.63 2.53 16 16 0 55 √
18 P 40 48 0.70 2.19 14 14 0 58 √
19 P 43 55 0.83 3.04 14 15 6.25 53 √
20 L 41 80 0.80 3.12 15 15 0 57 √
50
Keterangan kolom diagnosa:
Bradypnea = jumlah FEV1 kurang dari rata-rata
Eupnea = jumlah FEV1 normal
Tachypnea = jumlah FEV1 lebih dari rata-rata
𝑀𝐴𝑃𝐸 = 1
𝑁∑
|𝐹𝐸𝑉1𝑀𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 − 𝐹𝐸𝑉1𝑆𝑝𝑖𝑟𝑜10|
𝐹𝐸𝑉1𝑀𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙
𝑁
𝑖=1
=1
20× (0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0.0625 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0.0625 + 0
+ 0 + 0.0625 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0.0625 + 0) = 1
20× 0.25
= 0.0125
𝑀𝐴𝑋𝐴𝐸 = 0.0625
𝑀𝐼𝑁𝐴𝐸 = 0
Berdasarkan MAPE diatas menunjukkan alat memiliki akurasi dalam
menghitung tingkat pernafasan manusia sebesar 98.75%. Perbandingan antara
FEV1 dari penghitungan manual dan FEV1 dari penghitungan manual tidak
terlihat jauh berbeda. Sampel yang diambil berjumlah sepuluh, dua diantaranya
memiliki nilai yang berbeda. Faktor yang mempengaruhi alat tidak bekerja dalam
keadaan seratus persen karena dalam pengambilan data secara manual sering
sekali lalai dalam memantau jumlah nafas. Oleh karena itu sering terjadi
kekeliruan dalam pengambilan data secara manual.
51
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan analisis data dan pembahasan yang dilakukan dalam penelitian
ini dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Alat penghitung tingkat pernafasan manusia telah dapat digunakan untuk
mengukur volume pernafasan manusia dengan tingkat akurasi sebesar
93.908%.
2. Penghitung tingkat pernafasan dapat langsung menghitung secara keseluruhan
jumlah nafas manusia tanpa metode manual lagi dengan akurasi alat sebesar
98.75%.
3. Hasil tingkat pernafasan, volume pernafasan, waktu dan diagnosa pasien
ditampilkan dalam satu penampil yaitu android sebagai media antar muka.
Sehingga alat dapat memudahkan dalam memonitoring seluruh parameter
pengukuran pada tingkat pernafasan manusia.
5.2 Saran
1. Dalam pengembangan berikutnya diharapkan menggunakan pipa spirometer
yang telah terkalibrasi dengan baik sehingga meminimalkan selisih nilai yang
lebih kecil.
2. Penelitian lebih lanjut diharapkan menggunakan ADC dengan bit yang lebih
tinggi, agar hasil konversinya lebih halus,dan
3. Dalam penelitiannya berikutnya diharapkan pada display (android) dapat
menampilkan keseluruhan histori pengmbilan data sehingga dapat menjadi
pembanding dari data yang diambil tiap detiknya.