Post on 07-Jan-2023
3
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
2.1.Kajian pustaka
2.1.1. Sistem Kontrol Kesetabilan Suhu Pada Inkubator Bayi
Berbasis Arduino UNO Dengan Matlab/Simulink
(Bayu Nurcahya).
Bayi lahir premature mempunyai tingkat sensitivitas
yang tinggi terhadap lingkungan sekitarnya, terkait hal
tersebut diperlukan alat inkubator yang membantu
menormalkan suhu dan kelembaban di sekitar tubuh bayi.
Untuk mengkondisikan suhu dalam inkubator tersebut
diperlukan mikrokontroler Arduino Uno agar temperatur
yang dikehendaki tetap terjaga dan stabil. Dari hasil
penelitian diperoleh kestabilan suhu 36°C pada Inkubator
bayi, seperti terlihat pada gambar 2.1.
2.1.2. Desain Dan Pembuatan Inkubator Berbasis
Mikrokontroler Dengan Logika Fuzzy(Budiono)
Bayi prematur belum dapat menyesuaikan diri terhadap
temperatur di luar lingkungan perut ibunya. Temperatur
dan kelembaban merupakan parameter utama yang
dibutuhkan oleh bayi di dalam inkubator. Untuk
mendesain perangkat keras dari inkubator bayi digunakan
komponen utama yaitu mikrokontroler ATMega8535.
Heater akan dikontrol dengan PWM (pulse width
modulation) yang dihasilkan dari perhitungan
menggunakan fuzzy logic [9], blok diagram kontrol fuzzy
logic dapat dilihat pada gambar 2.2. Penggunaan kontrol
fuzzy logic pada inkubator dapat mengendalikan error
yang terjadi hingga ±0,71°C.
2.1.3. Pengembangan Inkubator Bayi Dan Sistem
Pemantauan Remote(Syahrul)
Monitoring inkubator bayi telah berhasil dirancang
4
dengan mikrokontroler ATMega8535 yang dilengkapi
dengan modem radio frekuensi YS-l020UB yang dapat
melakukan pemantauan secara nirkabel. Sistem yang
dibangun dapat memonitor suhu dan kelembaban secara
nirkabel dari ruang inkubator bayi ke ruang pemantau
sentral. Jarak pantauan yang berhasil diukur paling jauh
±500m (outdor) dan ±400m (indoor). Dengan jarak jangkau
sinyal radio 400m sudah lebih dari cukup, karena jarak
antara ruang perawat dengan ruang inkubator bayi yang
lazim diterapkan pada rumah sakit/puskesmas kurang dari
100m[5].
Maka penulis mengembangkan penelitian dengan
menggunakan sensor DHT11 sebagai sensor yang nantinya
akan mengukur suhu dan kelembaban didalam incubator
bayi. Selain itu penulis juga menggunakan serial to wifi
NodeMCU ESP8266 yang akan dikomunikasikan dengan
mikrokontroller. Hasil dari monitoring ini nantinya dapat
dilihat melalui handphone atau personal computer oleh
user (perawat).
2.2.Landasan teori
2.2.1. Inkubator bayi[11]
Definisi kedokteran tentang prematur adalah bayi
yang dilahirkandalam usia kurang dari 36 minggu. Semua
bayi prematur membutuhkan terapikhusus tapi dengan
ruangan perawatan khusus. Karena bayi prematur
belumsiap hidup dan menyesuaikan diri diluar rahim dan
mungkin dapat mengalamigangguan hidup seperti:
a. Pernafasan
Karena paru-paru belum sempurna, kebayakan bayi
prematurmengalami kesulitan bernafas, disebut sindrom
gawat nafas (respirationdistress syndrome, RDS)
5
b. Sistem imun
Sistem imun (kekebalan) yang belum berkembang dan
tubuhyang terlalu lemah untuk mempertahankan dirinya dengan
baik berarti resikolebih besar mengalami infeksi. c. Pencernaan
Lambung bayi prematur kecil dan sensitif. Bayi belum
mampumenyimpan makanan sehingga cenderung mudah
muntah. Sistem pencernaan yang belum sempurna mempersulit
pencernaan proteinessensial sehingga harus diberikan dalam
bentuk tercerna sebagian.
d. Pengaturan suhu - pengontrolan suhu pada bayi prematur tidak
efisien. Iacenderung terlalu dingin atau terlalu panas. Ia tidak
memiliki penyekat panasseperti bayi cukup bulan, karena
kekurangan lemak tubuh.
e. Refleks
Perkembanganreflex yang belum sempurna, khususnyareflex
menghisap, menimbulkan kesulitan makan. Bayi prematur
biasanyamemerlukan selang makan.
Inkubator merupakan alat yang dilengkapi dengan pengatur suhu
dankelembaban udara agar bayi selalu hangat.Bila bayi prematur
lahir
dengan berat badan di bawah 2000 gram, maka suhu dalam inkubato
r harus berkisarantara 32 derajatCelcius.Bila berat badannya kurang
dari 2500 gram, suhuinkubator harus sekitar 30 derajatCelcius.
Selain berfungsi sebagai penghangat, inkubator juga berfungsi melin
dungi bayi dari bahaya infeksi. Di tempat ini, tersedia juga alat kele
mbaban sebagai pengkondisi kulit bayi agar tidak terlalu kering atau
pun luka, karena teksturkulit yang memang sangat tipis dari bayi
tersebut. Biasanya, bayi dalaminkubator akan dibiarkan telanjang
untuk mempermudah pemantauan, yang bisa dilihat dari
gerak pernafasan serta warna kulit. Dengan demikian, bila
6
adakelainan, bisa segera diketahui. Selain itu, bayi prematur
jugamendapat bantuan pernafasan dalam bentuk bantuan oksigen
sejumlah tertentu. Hal ini pun harus dilakukan
dengan hatihati, sebabkeseimbangan kadar oksigen
dankarbon dioksida bayi prematur harus diperhatikan benar. Bila
jumlah oksigen pada bayi prematur
terlalu sedikit,jumlah karbondioksidanya akan meningkat.Akibatnya,
pembuluh darah di otak akan melebar, bahkan bisa pecah
danmengakibatkan pendarahan diotak. Sebaliknya, bila oksigen
terlalu banyak,maka pembuluh-pembuluh darah bisa menyempit
yang mengakibatkan sel-seltubuh bayi kurang mendapat makanan.
Inkubator bayi adalah alat yang berfungsi merawat bayi
premature atau yang mempunyai berat badan lahir rendah (BBLR)
dan neonatus yang sakit, dengan cara memberikan suhu dan
kelembaban yang stabil dan kebutuhan oksigen sesuai dengan kondisi
dalam kandungan. Pesawat ini mempunyai sirkulasi yang terkontrol
atau mempunyai kelembaban relatif dan isolasi untuk melindungi bayi
dari kontaminasi udara dari luar. Hal ini diperlukan bagi bayi
premature, karena sangat rawan terhadap masalah pernapasan dan
masalah-masalah yang bersangkutan dengan kesehatan bayi tersebut
karena fungsi organ belum sempurna.
Alat inkubator bayi ini merupakan salah satu penunjang medis
yang biasa digunakan didalam ruang gawat darurat, neonatus
intensive care unit (NICU) dan ruang bersalin. Alat inkubator bayi ini
adalah alat yang bisa mengatur suhu yang ada di dalam chamber
dengan memanfaatkan heater yang sudah diatur oleh microcontroller
dan rangkain sensor suhu kulit.
7
Gambar 2.6 inkubator bayi [21]
2.2.1.1. Fungsi inkubator bayi
Dengan suhu yang stabil atau bisa juga konstan,
inkubator bayi memiliki beberapa fungsi bagi bayi di dalam
boks tidurnya. Berikut ini adalah beberapa fungsi inkubator
bayi :
a. Melindungi bayi
Bayi di awal kelahiran memiliki kondisi tubuh yang
sangat rentan. Tetapi, ada beberapa diantara mereka yang
lahir ke dunia dengan kondisi lebih rentan dari bayi pada
umumnya. Untuk itulah inkubator dibuat, melindungi bayi.
Dengan desainnya yang kotak dan dilengkapi dengan
lingkaran yang mudah dikendalikan, bayi yang diletakkan
di dalam boks inkubator bisa dengan mudah dan nyaman
untuk beristirahat. Lebih pentingnya lagi, inkubator yang
bertindak sebagai pelindung bayi mampu melindungi bayi
dari bakteri, kemungkinan terjadinya infeksi, iritasi dan
allergen.
b. Memberikan oksigenasi
Fungsi inkubator bayi selanjutnya adalah sebagai
oksigenasi. Bayi terlahir dengan sangat rentan terhadap
apa-apa yang ditawarkan dunia luar padanya, termasuk
soal pernapasan. Tercatat penyebab kematian terbanyak
pada bayi yang lahir secara prematur adalah gangguan
pernapasan. Untuk mengurangi kemungkinan tersebut,
8
meletakkan bayi pada inkubator menjadi hal utama yang
harus dilakukan.
Bagian-bagian inkubator bayi telah didesain
sedemikian rupa untuk menjadi sistem pengantar oksigen
yang baik. Dengan ini, inkubator akan sangat membantu
keberlangsungan hidup seorang bayi. Jadi, Anda perlu
mengingat bahwa proses oksigenasi itu sangat penting
pada bayi prematur.
c. Memberikan kontrol terhadap bayi (sebagai monitor)
Inkubator memiliki bentuk layaknya boks. Seperti
yang telah disebutkan, boks inkubator memiliki 2 bagian
diatas dan dibawah boks tidur bayi. Untuk sebuah
inkubator yang sesuai dengan peraturan medis, harusnya
sudah dilengkapi dengan alat-alat medis monitoring untuk
memudahkan dokter atau suster memonitor kerja jantung,
otak, darah, organ vital dan suhu bayi.
Itulah mengapa inkubator bayi memiliki fungsi
penting dalam perkembangan bayi prematur, karena
seluruh pergerakan bayi harus selalu dimonitor melalui
alat-alat tersebut. Monitoring ini dilakukan hingga kondisi
bayi sudah memenuhi syarat normalitas agar bisa dibawa
pulang.
2.2.1.2. Prinsip kerja inkubator bayi
Gambar 2.7Prinsip kerja inkubator bayi [21]
9
Untuk memenuhi fungsi tersebut, ada sebuah prinsip
atau konsep dasar dari inkubator bayi yang perlu diingat dan
dipelajari agar sesuai dengan aturan media yang diakui.
Sebenarnya, cara kerja inkubator bayi di dalam pengertian
sederhana hanya melibatkan 3 hal, yaitu suhu, kelembapan
dan oksigen. Suhu, kelembapan dan jumlah oksigen yang
menyerupai keadaan di dalam kandungan ibu si bayi.
Bedanya, 3 hal tersebut dapat dimanipulasi oleh
manusia melalui kontrol yang tersedia di bagian atas maupun
bawah inkubator. Untuk mencapai prinsip yang sempurna,
sebuah inkubator harus dilengkapi dengan beberapa bagian ini
:
Heater : sebuah alat yang fungsinya adalah untuk
menghasilkan suhu panas.
Blower : sebuah alat yang difungsikan untuk
pendistribusian panas ke seluruh bagian boks.
Kontrol :sebuah alat yang fungsinya untuk mengatur
kelembapan dan suhu aliran udara.
Tampilan :sebuah alat yang digunakan untuk
menampilkan.
Alarm : sebuah alat pada inkubator yang akan menyala
saat hal-hal yang tidak diinginkan terjadi.
Chamber : dimana bayi diletakkan atau disebut juga
dengan boks tidur.
2.2.2. IoT (Internet of Things)[23]
Internet of Things (IoT) adalah sebuah konsep/skenario
dimana suatu objek yang memiliki kemampuan untuk
mentransfer data melalui jaringan tanpa memerlukan
interaksi manusia ke manusia atau manusia ke komputer. IoT
telah berkembang dari konvergensi teknologi nirkabel, micro-
electromechanical systems(MEMS), dan Internet. "A Things"
pada Internet of Things dapat didefinisikan sebagaisubjek
10
misalkan orang dengan monitor implant jantung, hewan
peternakan dengan transponder biochip, sebuah mobil yang
telah dilengkapi built-in sensor untuk memperingatkan
pengemudi ketika tekanan ban rendah. Sejauh ini, IoT paling
erat hubungannya dengan komunikasi machine-to-machine
(M2M) di bidang manufaktur dan listrik, perminyakan, dan
gas. Produk dibangun dengan kemampuan komunikasi M2M
yang sering disebut dengan sistem cerdas atau
"smart".(contoh: smart label, smart meter, smart grid
sensor). Meskipun konsep ini kurang populer hingga tahun
1999, namun IoT telah dikembangkan selama beberapa
dekade. Alat Internet pertama, misalnya, adalah mesin Coke
di Carnegie Melon University di awal 1980-an. Para
programer dapat terhubung ke mesin melalui Internet,
memeriksa status mesin dan menentukan apakah ada atau
tidak minuman dingin yang menunggu mereka, tanpa harus
pergi ke mesin tersebut. Istilah IoT (Internet of Things)
mulai dikenal tahun 1999 yang saat itu disebutkan pertama
kalinya dalam sebuah presentasi oleh Kevin Ashton,
cofounderand executive director of the Auto-ID Center di
MIT
2.2.3. Node MCU ESP8266 [14]
ESP8266 adalah sebuah embedded chip yang di desain
untuk komunikasi berbasis wifi. Chip ini memiliki output
serial TTL dan GPIO. ESP8266 dapat digunakan secara
sendiri (Standalone) maupun digabungkan dengan pengendali
lainnya seperti mikrokontroler. ESP8266 memiliki
kemampuan untuk networking yang lengkap dan menyatu baik
sebagai client maupun sebagai Access Point. Firmware yang
dimiliki ESP88266 begitu banyak, dapat juga sebuah chip
ESP8266 diprogram dengan tujuan khusus sesuai degan
11
kebutuhan sebagai contoh kemampuan untuk berkomunikasi
dengan web yang menggunakan port HTTPS.
Chip ESP8266 disempurnakan oleh Tensilica’s seri L106
Diamond dengan prosesor 32-bit. Ada 3 cara menggunakan
ESP8266 : sebagai wifi access menggunakan AT command,
dimana biasanya dimanfaatkan oleh Arduino untuk koneksi
wifi, sebagai sistem yang berdiri sendiri menggunakan
NodeMCU dan menggunakan bahasa LUA, sebagai sistem
yang berdiri sendiri dengan menggunakan Arduino IDE yang
sudah bisa terhubung dengan ESP8266. ESP 8266 dapat
bertindak sebagai client ke suatu wifi router, sehingga saat
konfigurasi dibutuhkan setting nama access pointnya dan juga
passwordnya, selain itu ESP8266 dapat digunakan sebagai
Access Point dimana ESP8266 dapat menerima akses wifi.
Gambar 2.8 Node MCU [14]
Fitur yang dimiliki oleh ESP8266-1 sebagai berikut :
Frekuensi wifi 802.11 b/g/n
Prosesor 32 - bit MCU
10 - bit ADC
TCP/ IP protocol stack
TR switch, LNA , power amplifier dan jaringan
PLL , regulator , dan unit manajemen daya
Mendukung keragaman antena
WiFi 2.4 GHz , mendukung WPA / WPA2
12
Dukungan STA mode operasi /AP / STA + AP
Dukungan Smart link Fungsi untuk kedua perangkat
Android dan iOS
SDIO 2.0 , ( H ) SPI , UART , I2C , I2S , IR Remote
Control , PWM , GPIO
STBC , 1x1 MIMO , 2x1 MIMO
A - MPDU & A - MSDU agregasi & 0.4s guard
interval
Berikut ini adalah gambaran dari konfigurasi pin modul wi-fi
ESP8266 beserta penjelasan atau deskripsinya.
Gambar 2.9Konfigurasi pin Modul wi-fi ESP8266 [14]
ESP8266 Pin Description
CH_PD Pull high, connect to
Vcc +3.3V
Vcc Power Supply +3.3V
TXD Connect to RXD
USB-Serial
converter cable
13
RXD Connect to TXD
USB-Serial
converter cable
GPIO0 Pull low, connect to
GND pin
GND Power Supply
ground
2.2.4. Sensor DHT11 [16]
Sensor DHT 11 merupakan salah satu sensor yang
dapat kita gunakan untuk mendapatkan data suhu sekaligus
data kelembaban,sensor DHT 11 juga mudah berkomunikasi
dengan berbagai macam jenis kontroller yang populer saat
ini seperti Arduino dan Mikrokontroler dengan metode
komunikasi serial (single wire bi-directional)[15]Typical
Application dapat dilihat pada gambar 2.21
Gambar 2.10Typical Application [17]
Dengan hanya memiliki 1 pin data, maka sensor
DHT 11 dapat berkomunikasi dengancontroller baik
mikrokontroler ataupun Arduino dengan metode komunikasi
serial (single wire bi-directional). Data yang dikirim oleh
sensor DHT 11 ke controller sebanyak 40 bit data, 16 bit
data pertama merupakan data biner kelembaban, 16 bit
selanjutnya merupakan data biner suhu, dan 8 bit data
terakhir merupakan hasil penjumlahan dari nilai suhu dan
14
kelembaban. Dengan metoda pengiriman data secara serial
sebanyak 40 bit yang terdiri dari data suhu dan kelembaban
membuat sensor DHT 11 ini tidak memerlukan kalibrasi
lagi. Data suhu dan kelembaban sudah dapat terbaca dengan
menerjamahkan ke 40 bit data biner yang dikirim sensor
DHT 11 menjadi data desimal.
Berikut ini adalah bentuk fisik dari sensor DHT11
terlihat seperti pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Bentuk fisik DHT11[16]
Tabel 2.1 Spesifikasi detail
Parameter
kelembaban
Kondisi minimal Karakteristik maksimal
Resolusi 1%RH 1%RH
8 Bit
1%RH
pengulangan 1%RH
Akurasi
25°C
0-50°C
±4%RH
±5%RH
pertukaran Pertukaran
sepenuhnya
Jarak
pengukuran
0°C
25°C
50°C
30%RH
20%RH
20%RH
90%RH
90%RH
80%RH
Waktu respon
(detik)
1/e(63%)25°C,
1m/s Air
6S 10S 15S
histerisis 1%RH
15
Stabilitas
jangka
panjang
karakteristik 1%RH/year
suhu
resolusi 1°C
8 bit
1℃
8 bit
1℃
8 bit
pengulangan 1%RH
akurasi ±1°C ±2°C
Jarak
pengukuran
0°C 50
Waktu respon
(detik)
1/e (63%) 6 s 30 s
2.2.5. Blynk [23]
Blynk adalah sebuah layanan server yang digunakan untuk
mendukung project Internet of Things. Layanan server ini memiliki
lingkungan mobile user baik Android maupun iOS. Blynk Aplikasi
sebagai pendukung IoT dapat diundung melalui Google play. Blynk
mendukung berbagaimacam hardware yang dapat digunakan untuk
project Internet of Things. Blynk adalah dashborad digital dengan
fasilitas antarmuka grafis dalam pembuatan projectnya.
Penambahan komponen pada Blynk Apps dengan caraDrag and
Drop sehingga memudahkan dalam penambahan komponen
Input/output tanpa perlu kemampuan pemrograman Android
maupun iOS.
Blynk diciptakan dengan tujuan untuk control dan monitoring
hardware secara jarak jauh menggunakan komunikasi data internet
ataupun intranet (jaringan LAN). Kemampuna untuk menyimpan
data dan menampilkan data secara visual baik menggunakan angka,
warna ataupun grafis semakin memudahkan dalam pembuatan
project dibidang Internet of Things. Terdapat 3 komponen utama
Blynk.
16
a. Blynk Apps
Blynk Apps memungkinkan untuk membuat project interface
dengan berbagai maca komponen input output yang mendukung
untuk pengiriman maupun penerimaan data serta merepresentasikan
data sesuai dengan komponen yang dipilih. Representasi data dapat
berbentuk visual angka maupun grafik.
Terdapat 4 jenis kategori komponen yang berdapat pada
Aplikasi Blynk
Controller digunakan untuk mengirimkan data atau perintah ke
Hardware
Display digunakan untuk menampilkan data yang berasal dari
hardware ke smartphone
Notification digunakan untuk mengirim pesan dan notifikasi.
Interface Pengaturan tampilan pada aplikasi Blynk dpat berupa
menu ataupun tab
Others beberapa komponen yang tidak masuk dalam 3 kategori
sebelumnya diantaranya Bridge, RTC, Bluetooth
b. Blynk Server
Blynk server merupakan fasilitas Backend Service berbasis
cloud yang bertanggung jawab untuk mengatur komunikasi antara
aplikasi smart phone dengan lingkungan hardware. Kemampun
untuk menangani puluhan hardware pada saat yang bersamaan
semakin memudahkan bagi para pengembang sistem IoT. Blynk
server juga tersedia dalam bentuk lokal server apabila digunakan
pada lingkungan tanpa internet. Blynk server lokal bersifat open
source dan dapat diimplementasikan pada Hardware Raspbery Pi.
c. Blynk Library
Blynk Library dapat digunakan untuk membantu pengembangan
code. Blynk library tersedia pada banyak platform perangkat keras
sehingga semakin memudahkan para pengembang IoT dengan
fleksibilitas hardware yang didukung oleh lingkungan Blynk.