ALAT PENGUKUR SATURASI OKSIGEN DALAM DARAH

MENGGUNAKAN METODE PPG REFLECTANCE PADA

SENSOR MAX30100

Skripsi

Oleh

CANDRA RIZKI NUGROHO

11150970000040

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI

SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

1441 H/2019 M

ii

ALAT PENGUKUR SATURASI OKSIGEN DALAM DARAH

MENGGUNAKAN METODE PPG REFLECTANCE PADA

SENSOR MAX30100 BERBASIS ARDUINO UNO

Skripsi

Diajukan kepada Fakultas Sains dan Teknologi untuk Memenuhi Persyaratan

Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si.)

Oleh

Candra Rizki Nugroho

NIM: 11150970000040

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI

SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

1441 H/2019 M

iii

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING

iv

LEMBAR PENGESAHAN UJIAN

v

LEMBAR PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa:

1. Skripsi ini merupakan hasil karya asli saya sendiri yang diajukan untuk

memenuhi salah satu persyaratan memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) di

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

2. Semua sumber yang saya gunakan dalam penelitian ini telah dicantumkan

sesuai dengan ketentuan yang berlaku di UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

3. Jika di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan hasil karya asli saya

sendiri atau merupakan hasil jiplakan dari karya orang lain, maka saya bersedia

menerima sanksi yang berlaku di UIN Syarif Hidyatullah Jakarta.

Jakarta, November 2019

Candra Rizki Nugroho

vi

ABSTRAK

Kekurangan oksigen pada tubuh dapat menyebabkan tubuh merasa mudah

lelah, letih dan mengantuk, ini dikarenakan oksigen berperan sebagai salah satu

sumber energi bagi tubuh selain nutrisi. Salah satu alat yang dapat mendiagnosa

tubuh seseorang kekurangan oksigen adalah oximeter. Setelah melakukan survei

oximeter di pasaran, dapat diketahui bahwa kebanyakan oximeter menggunakan

metode PPG transmittance. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan

membangun hardware serta software alat ukur saturasi oksigen menggunakan

metode PPG reflectance menggunakan arduino Nano dan sensor MAX30100,

menentukan karakteristik, membandingkan hasil pengukuran dengan alat pengukur

saturasi oksigen yang menggunakan metode transmittance dan menganalisis hasil

pengukuran tersebut. Hasilnya telah berhasil merancang dan membangun alat

pengukur saturasi oksigen (SpO2) dengan menggunakan sensor MAX30100 dan

arduino Nano yang diinterfacekan pada handphone menggunakan modul bluetooth

HC-05 dengan karakteristik jangkauan kurang dari 140 m pada ruang terbuka

dengan tanpa halangan, waktu respon 5 detik, memiliki ketelitian pengukuran rata-

rata di atas 96 % berdasarkan alat oximeter yang sudah ada serta keakuratan sebesar

95,2%.

Kata kunci : Arduino Nano, MAX30100, Oksigen, Oximeter, SpO2

vii

ABSTRACT

Lack of oxygen in human body can cause the body to easily feel tired,

exhausted and sleepy. It happens because oxygen acts as a source of energy for

human body besides nutrition. There is an device that can diagnose the lack of

oxygen in human body called oximeter. After conducting a survey about oximeter

on the market, it can be known that most oximeters use the PPG transmittance

method. This study aims to design and build both hardware and software to

measure the oxygen saturation with the PPG reflectance by using arduino and

MAX30100 sensor, determine the characteristic, and to compare the measurement

results with oxygen saturation gauges device that uses transmitance method then

analyze it. The results of this study are the oxygen saturation gauges device has

been designed and built by using the MAX30100 sensor and arduino Nano that

interfaced to mobile phones using HC-05 bluetooth module with a range of

characteristics less than 140 m in open spaces without any obstacles, 5 seconds of

response time, has an average measurement accuracy above 96% based on an

existing oximeter and an accuracy of 95.2%.

Keywords: Arduino Nano, MAX30100, Oxygen, Oxymeter, SpO2

viii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur bagi Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya

kepada penulis. Sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik,

guna memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Sains di Universitas Islam

Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta. Shalawat dan salam senantiasa tercurahkan

kepada baginda Nabi Muhammad SAW yang mengantarkan manusia dari zaman

kegelapan ke zaman yang terang benderang saat ini.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini tidak dapat terselesaikan

tanpa dukungan dari berbagai pihak, baik moril maupun materil. Oleh karena itu,

penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah

membantu penulis dalam penyusunan skripsi ini, terutama kepada:

1. Kedua orang tua yang telah memberikan dukungan moril dan materiil

serta doa yang tiada henti- hentinya kepada penulis.

2. Segenap keluarga besar yang telah menyemangati dan mensupport

dalam penyelesaian skripsi ini.

3. Ibu Tati Zera, M.Si selaku Ketua Program Studi Fisika dan

Pembimbing Akademik yang telah memberikan arahan kepada penulis.

4. Ibu Elvan Yuniarti, M.Si selaku pembimbing I yang telah sabar

membimbing penulis dan memberikan banyak masukan kepada penulis

terkait penulisan skripsi ini.

5. Bapak Dr. Ambran Hartono, M.Si selaku pembimbing II yang telah

membimbing penulis dan banyak memberikan pengarahan terkait

ix

penelitian skripsi ini, juga memberikan banyak ilmu-ilmu baru serta

solusi pada setiap permasalahan dalam penulisan skripsi ini.

6. Seluruh dosen-dosen Program Studi Fisika, atas seluruh ilmu yang

telah diberikan kepada penulis selama melakukan studi.

7. Sahabat seperjuangan: Diah dan Andri yang selalu memberikan

masukan, saran, dukungan, bantuan, doa, dan menjadi teman diskusi.

8. Kosan squad: Syarif, Ilham, Agung, dan Rizki yang telah menjadi

pendengar dan teman diskusi bagi penulis, memberikan dukungan.

9. Teman-teman Fisika Instrumentasi UIN 2015 yang selama kuliah

selalu memberikan semangat dan bantuannya kepada penulis.

10. Teman-teman Fisika UIN 2015 yang tidak dapat saya sebutkan satu

persatu yang selalu senantiasa memberikan semangat dan bantuannya

kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna dikarenakan

terbatasnya pengalaman dan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu,

penulis mengharapkan segala bentuk saran serta masukan bahkan kritik yang

membangun dari berbagai pihak yang dapat disampaikan melalui alamat e-mail

penulis candrarizkynugroho@gmail.com. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat

bagi para pembaca dan semua pihak khususnya dalam bidang instrumentasi.

Jakarta, 20 November 2019

Candra Rizki Nugroho

x

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING iii

LEMBAR PENGESAHAN UJIAN iv

LEMBAR PERNYATAAN v

ABSTRAK vi

KATA PENGANTAR viii

DAFTAR ISI x

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR TABEL xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Rumusan Masalah 3

Batasan Masalah 4

Tujuan 4

Manfaat 4

Sistematika Penulisan 5

BAB II KAJIAN PUSTAKA 6

2.1 Darah 6

2.2 Arduino Nano 7

2.3 Arduino IDE 10

2.4 Modul HC-05 11

2.5 RemoteXY 12

2.6 Photoplethysmography 13

2.6.1 Metode Transmittance 16

2.6.2 Metode Reflectance 16

2.7 Sensor MAX30100 17

2.7.1 LED 17

2.7.2 Infrared 17

2.7.3 Photodioda 18

2.8 Pulse Oximeter 20

xi

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 22

Waktu dan Tempat Penelitian 22

Alat dan Bahan 22

3.2.1 Perangkat Keras (Hardware) 22

3.2.2 Perangkat Lunak (Software) 22

Tahapan Penelitian 23

3.3.1 Alur Penelitian 23

3.3.2 Perancangan Hardware 25

3.3.3 Perancangan Software 26

Metode Pengambilan Data 28

Metode Pengolahan Data 29

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 30

4.1 Perancangan Hardware 30

4.2 Perancangan Software 32

4.3 Hasil Pengujian Karakteristik Alat Ukur Saturasi Oksigen 34

4.3.1 Pengujian Sensor MAX30100 34

4.3.2 Pengujian Modul HC-05 35

4.4 Hasil Pengujian Alat Pengukur Saturasi Oksigen 36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 42

5.1 Kesimpulan 42

5.2 Saran 43

LAMPIRAN 44

Data Hasil Pengukuran 44

Source code sensor MAX30100 46

Source Code RemoteXY 47

RemoteXY Editor 48

Datasheet Sensor Max30100 49

Dokumentasi 53

DAFTAR PUSTAKA 56

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Bagian Fisik Arduino Nano 8

Gambar 2. 2 Konfigurasi Pin Arduino Nano 9

Gambar 2. 3 Tampilan Awal Arduino IDE 10

Gambar 2. 4 Modul Bluetooth HC-05 12

Gambar 2. 5 Tampilan Remotexy Pada Website 13

Gambar 2. 6 Metode PPG 16

Gambar 2. 7 Cara Kerja Sensor MAX30100 19

Gambar 2. 8 Sensor MAX30100 19

Gambar 2. 9 Oximeter Transmittance 21

Gambar 3. 1 Flowchat Alur Penelitian 23

Gambar 3. 2 Flowchart Perancangan Hardware 25

Gambar 3. 3 Rancangan Hardware 26

Gambar 3. 4 Flowchart Perancangan Software 27

Gambar 3. 5 Library Manager Arduino IDE 28

Gambar 4. 1 Tampilan Awal Alat Pengukur Saturasi Oksigen 30

Gambar 4. 2 Source Code pada Arduino IDE 33

Gambar 4. 3 Hasil GUI Pada HP 33

Gambar 4. 4 Grafik Perbandingan SpO2 39

Gambar 4. 5 Grafik Perbandingan BPM 40

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Spesifikasi Arduino Nano 8

Tabel 2. 2 Deskripsi Pin Bluetooth HC-05 12

Tabel 2. 3 Fungsi Pin Sensor MAX30100 20

Tabel 4. 1 Deskripsi Alat Ukur Saturasi Oksigen yang dibuat 31

Tabel 4. 2 Hasil Karakterisasi Sensor MAX30100 34

Tabel 4. 3 Hasil Karakterisasi Alat Ukur Terhadap Posisi/Jarak 35

Tabel 4. 4 Pengolahan Data Alat yang dibuat dengan Alat Oximeter 36

1

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

نإسان منإ علق خلق الإ

“Dia telah menciptakan manusia dari segumpal darah” (Q.S. Al-‘Alaq : 2)

Seperti pada al-Qur’an surat al-‘Alaq ayat 2, darah merupakan salah satu

organ tubuh yang terpenting dalam tubuh manusia. Jumlah darah rata-rata yang

bersikulasi pada tubuh orang dewasa yaitu berkisar antara 4,5–5,5 liter. Dalam

darah terdapat komponen-komponen yang dibutuhkan tubuh untuk menjalankan

sistem kerja tubuh. Salah satu komponen dalam darah yaitu oksigen. Setelah

oksigen masuk ke dalam paru-paru selanjutnya darah akan mengikat oksigen

melalui haemoglobin dan dibawa menuju jantung untuk dipompa dan diedarkan ke

seluruh tubuh. Oksigen berperan sangat penting dalam tubuh karena berfungsi

sebagai sumber energi bagi tubuh. Jika seseorang kekurangan oksigen dalam tubuh,

maka tubuh akan terasa mudah lemas.

Dengan mengetahui saturasi oksigen dalam darah, hal ini dapat

mendiagnosa berbagai jenis penyakit dan gangguan sistem kerja tubuh. Pada tingkat

tertentu, penyakit dan gangguan sistem kerja tubuh dapat berakibat fatal. Alat yang

dapat mengukur saturasi oksigen dalam darah dinamakan pulse oximeter. Oximeter

adalah alat yang digunakan untuk memonitor keadaan jumlah oksigen dalam darah

tanpa harus melalui tes darah (non-invasive). Alat ini memanfaatkan sifat

gelombang cahaya infrared dan LED merah yang dapat menembus jaringan dan

2

dipantulkan kembali oleh tulang atau jaringan lain dalam tubuh serta sensor cahaya

sebagai penerima gelombang cahaya.

Saturasi merupakan jumlah persentase dari haemoglobin yang mengikat

oksigen dari total jumlah haemoglobin yang ada dalam darah. Pada orang dewasa,

kisaran persentase saturasi oksigen yang normal adalah 90%-100%. Jika nilai

saturasi kurang dari 90% maka harus ada penanganan lebih lanjut dari dokter karena

oksigen tidak tersalurkan dengan sempurna.

Pada penelitian-penelitian sebelumnya, alat pengukur saturasi oksigen

dalam darah kebanyakan menggunakan metode PPG transmittance dan juga masih

sedikit yang berbasis internet of think (IOT). Seperti pada penelitian Umi Salamah,

di sini peneliti membuat modul manual menggunakan LED merah dan infrared

sebagai sumber cahaya dan photodiode sebagai sensor cahaya. Dalam penelitian

tersebut, peneliti harus menggunakan modul amplifier agar sinyal yang dihasilkan

sesuai dengan hasilnya [1].

Pada penelitian milik Septia Khairunnisa dan kawan-kawan dari Poltekkes

Surabaya, oximeter berbasis arduino dibuat dengan menggunakan modul LED

merah dan infrared yang diolah menggunakan rangkaian demultiplexer serta

diinterfacekan menuju PC menggunakan modul wifi ESP8232. Namun, penelitian

ini memiliki kekurangan yaitu banyaknya perangkat yang digunakan serta

mahalnya biaya yang dibutuhkan [2].

Adapun yang dilakukan oleh Pricilia Yelana Mallo dan kawan-kawan dari

jurusan Teknik Elektro UNSRAT, yang membuat sensor oximeter menggunakan

LED merah, infrared dan ATMega 8535 sebagai mikrokontrollernya. Penelitian ini

3

menggunakan rangkaian op-amp serta filter AC dan DC. Hasilnya, nilai error yang

diperoleh rata-rata yaitu sebesar 5% dengan nilai error terbesarnya yaitu sebesar

10,73%. Error disebabkan oleh noise karena sensor yang dibuat menggunakan

rangkaian yang dibuat sendiri sehingga rawan adanya kesalahan-kesalahan saat

merangkai [3].

Tujuan penulis adalah merancang dan membangun alat pengukur saturasi

oksigen dalam darah digital menggunakan metode PPG reflectance yang terdapat

pada sensor MAX30100 dan menggunakan arduino Nano sebagai mikroprosesor

serta membandingkan dengan produk yang sudah ada di pasaran. Berbeda dengan

yang berada dipasaran, alat ini menggunakan handphone android via bluetooth

sebagai tampilannya sehingga lebih menarik.

Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut, maka rumusan masalah pada penelitian

ialah sebagai berikut:

1. Bagaimana cara merancang bangun alat saturasi oksigen dalam darah

menggunakan metode reflectance antara infrared dan fotodioda?

2. Bagaimana cara untuk karakterisasi perangkat keras yang digunakan?

3. Apakah hasil pengukuran alat saturasi oksigen sesuai dengan alat yang

sudah ada?

4. Apakah hasil dari metode reflectance lebih baik dan efisien dari pada

metode transmittance?

4

Batasan Masalah

Pada tugas akhir ini permasalahan mengenai alat pengukur kadar oksigen

dan glukosa pada darah manusia akan dibatasi pada:

1. Perancangan alat menggunakan Mikrokontroler Arduino Nano.

2. Hanya dapat mengukur pada bagian jari tangan saja.

3. Tidak membahas secara detail tentang oksigen, darah dan proses kimianya.

4. Hanya membahas dan membandingkan hasil pengukuran serta tidak

membahas secara detail tentang alat ukur oksigen yang ada di pasaran.

Tujuan

Tujuan dari pembuatan alat pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Merancang bangun perangkat keras (Hardware) dan perangkat lunak

(Software) alat pengukur saturasi oksigen pada darah manusia

menggunakan metode reflectance.

2. Mengkarakterisasi sensor MAX30100 dan modul bluetooth yang digunakan.

3. Membandingkan hasil pengukuran alat yang dibuat dengan metode

transmittance.

Manfaat

Manfaat dari hasil penelitian ini adalah:

1. Membantu masyarakat untuk mengukur saturasi oksigen dalam darah secara

mudah dan instan.

2. Sebagai solusi alternatif pengukuran saturasi oksigen dalam darah.

5

Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran ringkasan pada skripsi ini, peneliti

menyajikan dalam bentuk sistematika penulisan skripsi. Sistem yang digunakan

sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN, berisi latar belakang, tujuan, batasan masalah,

rumusan masalah, manfaat penelitian, sistematika penulisan.

BAB II KAJIAN PUSTAKA, berisi bab-bab yang mengandung dasar teori

yang disesuaikan dengan penelitian yang dilakukan, dasar teori ini nantinya akan

menjadi acuan saat penelitian berjalan.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN, menjelaskan mengenai waktu

dan tempat penelitian, alat dan bahan yang digunakan, tahapan penyusunan,

perancangan dan metode analisis.

BAB IV HASIL PENELITIAN, menyajikan hasil penelitian berupa hasil

rancangan hardware maupun software, hasil uji coba, hasil rancangan serta

pembahasan mengenai hasil rancangan tersebut.

BAB V PENUTUP, berisi tentang kesimpulan penelitian yang telah

dilakukan dan saran-saran yang diberikan oleh peneliti untuk peneliti selanjutnya.

6

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Darah

Darah merupakan salah satu jaringan tubuh dalam sistem pembuluh darah

yang sebenarnya tertutup. Darah dibagi dalam dua fungsi yaitu fungsi respirasi dan

fungsi gizi. Fungsi respirasi yaitu sebagai pengangkut oksigen (O2) dan karbon

dioksida (CO2). Fungsi gizi yaitu mengangkut zat makanan yang diabsorbsi, pada

sistem ekskresi membawa sisa hasil metabolisme ke ginjal, paru-paru, kulit dan

usus, mempertahankan kesetimbangan asam-basa, mengatur keseimbangan air,

mengatur suhu badan, pertahanan terhadap infeksi pada sel darah putih, transpor

hormone dan transpor hasil metabolisme. Dalam satu sel darah terdiri dari

hemoglobin, eritrosit, hematrosit, retikulosit, laju endap darah, trombosit, dan

lekosit [4].

Hemoglobin merupakan molekul dalam darah yang mengandung oksigen.

Pada saat di paru-paru, hemoglobin akan mengikat oksigen melalui persamaan

kimia. Hemoglobin terbentuk dari 4 rantai polipeptida (rantai asam amino), yaitu 2

rantai alfa dan 2 rantai beta. Setiap rantai polipeptida mengandung grup prostetik

yang dikenal sebagai molekul heme, ini yang menyebabkan warna darah menjadi

merah. Secara reversible, molekul heme dapat dikombinasikan dengan satu

molekul oksigen atau karbon dioksida. Satu sel hemoglobin mengikat 4 molekul

oksigen per tetramer (satu per sub unit heme) dan kurva saturasi oksigen berbentuk

sigmoid [5].

7

Hemoglobin dipompa oleh jantung dan diedarkan keseluruh tubuh melalui

arteri. Setiap kali jantung memompa akan tercipta suatu gelombang pada arteri yang

disebut dengan denyut nadi. Denyut nadi mudah diraba pada bagian-bagian tertentu

pada tubuh, tepatnya pada arteri yang melintasi sebuah tulang dekat permukaan

kulit [6]. Denyut nadi biasanya dipresentasikan dalam satuan waktu yaitu, beats per

minute (BPM). BPM adalah satuan waktu yang digunakan dalam mengukur jumlah

denyut nadi/detak jantung dalam waktu satu menit [7].

2.2 Arduino Nano

Arduino Nano termasuk ke dalam sebuah mikrokontroler Atmega328

sebagai komponen utamanya yang bersifat open source. Arduino Nano merupakan

sebuah papan elektronik yang memiliki ukuran lebih kecil dari pada arduino jenis

lainnya, namun mempunyai keunggulan fungsional yang sama dengan lainnya..

Bagian hardware arduino ini mempunyai prosesor Atmel AVR serta Software yang

menggunakan bahasa pemrograman C yang dituangkan dalam software Arduino

IDE (integrated Development Environment) dengan bantuan libraries yang terdapat

pada Arduino. Pada port arduino Nano, tidak disertakan port DC power namun

dihubungkan dengan komputer menggunakan kabel Mini-B USB [8]–[10].

8

Gambar 2. 1 Bagian Fisik Arduino Nano [11]

Berikut merupakan spesifikasi dari Arduino Nano:

Tabel 2. 1 Spesifikasi Arduino Nano [9], [10] Mikrokontroler Atmega328 atau Atmega 168

Operation Voltage 5V

Tegangan Masukan 7 – 12V

6 – 20V (Batas)

Pin I/O 14 Digital ( 6 pin PWM)

8 Analog

Arus DC 50mV

Flash Memory 16KB (Atmega168)

32KB (Atmega328)

Bootloader SRAM 1KB (Atmega168)

SRAM 2KB (Atmega328)

EEPROM 512B (Atemga168)

1KB (Atmega328)

Kecepatan waktu 16Hz

Dimensi 0,73 cm x 1,70 cm

Arduino Nano memiliki pin-pin konfigurasi, yang diantaranya:

1. VCC berfungsi sebagai masukan daya digital

2. GND merupakan pin ground untuk daya digital

9

3. AREF merupakan pin referensi tegangan untuk input analog

4. RESET merupakan pin yang digunakan untuk mengatur dan menghiudpkan

ulang jalannya mikrokontroler

5. Serial TX (1) berfungsi sebagai pengirim TT

6. Serial RX (0) berfungsi sebagai penerima TTL

7. Output PWM berfungsi sebagai pin analog

8. SPI berfungsi sebagai pin pendukung komunikasi

9. External Interrupt berfungsi sebagai pemicu interupsi berbagai nilai

10. Input Analog berfungsi sebagai pin yang dapat diukur mulai dari ground

hingga 5V.

Gambar 2. 2 Konfigurasi Pin Arduino Nano

10

2.3 Arduino IDE

Arduino IDE merupakan aplikasi bawaan dari Arduino yang digunakan

untuk membuat, mengedit, dan membuka source code Arduino.

Gambar 2. 3 Tampilan Awal Arduino IDE

Berikut merupakan bagian-bagian dari Arduino IDE [12]:

1. Verify: Berfungsi untuk merubah source code menjadi binary code untuk

diupload ke Arduino board. Tombol verify juga berfungsi untuk

meverifikasi apakah masih ada program yang salah atau error.

2. Upload : Berfungsi untuk mengupload source code ke Arduino board. Jika

source code belum diverify terlebih dahulu maka source code akan secara

otomatis verify sebelum di upload.

3. New Sketch: Membuka jendela baru dan membuat source code baru.

11

4. Open Sketch: Membuka jendela baru source code yang sudah pernah dibuat

sebelumnya.

5. Save Sketch: Menyimpan source kode dengan ekstensi file “.ino”.

6. Serial Monitor: Menampilkan interface untuk komunikasi serial.

2.4 Modul HC-05

Modul bluetooth merupakan perangkat yang dapat mengirim dan menerima

data dengan jarak ±10 meter. Bluetooth dapat mentransmisi dan menerima data

pada pita frekuensi 2,4 GHz dengan kecepatan transmisi data mencapai 3 Mbps.

Modul bluetooth dapat didukung dengan baudrate 9600, 19200, 38400, 57600,

115200, 230400 dan 460800 [13].

Terdapat dua jenis seri modul bluetooth, yaitu seri genap dan seri ganjil.

Bluetooth HC-05 termasuk jenis dari seri modul bluetooth ganjil dimana modul

bluetooth HC-05 menggunakan serial master-slave untuk serial komunikasinya, ini

dapat memungkinkan untuk mengirim serial data sekaligus menerima serial data.

Sedangkan untuk seri modul bluetooth genap hanya menggunakan serial

komunikasi master saja sehingga tidak dapat mengirim data [14]. Bluetooth

diciptakan untuk mempermudah melakukan aktivitas sehari-hari seperti,

mendengarkan musik, berbicara ditelepon, bermain game dan lain sebagainya [15].

12

Berikut merupakan deskripsi tentang pin modul bluetooth HC-05:

Tabel 2. 2 Deskripsi Pin Bluetooth HC-05

Pin Keterangan

Vcc Sumber tegangan dengan minimal tegangan 3,3v dan

maksimal tegangan yaitu 5v

Gnd Ground

Rx Penerima serial data, setiap data akan diterima

menggunakan Bluetooth

Tx Pengirim serial data, setiap data akan dikirim

menggunakan Bluetooth

Enable/Key Digunakan untuk mengubah dari set data menjadi AT

data

State Untuk memastikan apakah Bluetooth berfungsi dengan

baik atau tidak

Gambar 2. 4 Modul Bluetooth HC-05 [14]

2.5 RemoteXY

RemoteXY merupakan aplikasi pada handphone (HP) yang digunakan

untuk mendesain interface dan komunikasi antara modul bluetooth dengan HP.

Modul bluetooth yang support dengan aplikasi Remotexy yaitu HC-05 dan HC-06.

Selain modul bluetooth, Remotexy dapat berkomunikasi menggunakan modul wifi

ESP8266 dan Ethernet Shield W5100. Spesifikasi HP yang dapat menjalankan

aplikasi ini yaitu mempunyai Operating System (OS) Andorid dan iOS. Terdapat

dua sistem pada aplikasi ini, yaitu [16]:

13

1. Editor: Berfungsi untuk mendesain interface pada HP sesuai keinginan

kita. Desain interface dapat dilakukan pada website melalui

remotexy.com atau aplikasi RemoteXY: Arduino control PRO. Setiap

desain akan menghasilkan source code yang berbeda nantinya.

2. Aplikasi HP: Berfungsi untuk menampilkan hasil desain dan

berkomunikasi dengan modul bluetooth.

Gambar 2. 5 Tampilan Remotexy Pada Website [16]

2.6 Photoplethysmography

Photoplethysmography atau PPG merupakan metode yang digunakan untuk

mengukur perubahan volume darah pada pembuluh darah yang dekat dengan

lapisan kulit manusia berbasis optik. Karena sifatnya yang praktis dan sederhana,

metode PPG sudah banyak diaplikasikan pada alat-alat medis seperti pulse-

oximeter, diagnostic vascular, denyut nadi digital dan tekanan darah. Prinsip kerja

PPG hanya memerlukan beberapa komponen sumber cahaya yang panjang

gelombangnya dapat disesuaikan dengan kebutuhan dan sebuah photodetektor

untuk merubah perubahan radiasi gelombang cahaya menjadi sama dengan

perubahan volume darah [17]–[19].

14

Metode PPG adalah metode yang berbasis optik, pengukurannya meliputi

jumlah foton yang dikirimkan pada suatu titik terhadap satuan waktu tertentu

disebut dengan intensitas (I). Pengukuran intensitas cahaya yang masuk menuju jari

tangan ditandai dengan Io akan dibandingkan dengan intensitas berkas cahaya yang

keluar dari jari tangan ditandai dengan I akan mendapatkan indikasi fraksi cahaya

yang masuk ditemukan keluar dari sampel dari penggunaan nilai rasio, berikut yang

menjelaskan tentang penyerapan (absorbance) suatu zat terhadap intensitas cahaya.

𝑇 =𝐼

𝐼𝑜 (1)

Jika dalam persen (%):

𝑇 (%) =𝐼

𝐼𝑜× 100 (2)

Maka didapat nilai yang terserap adalah:

𝐴 = −𝑙𝑜𝑔10𝐼

𝐼𝑜 (3)

Absorbance (A) = Jumlah Intensitas Cahaya yang Terserap

Transmittance (T) = Jumlah Intensitas Cahaya yang Menembus

I = Intensitas Cahaya Akhir

Io = Intensitas Cahaya Awal

Dari persamaan di atas akan terjadi dua kasus. Kasus yang pertama yaitu

ketika suatu berkas cahaya dengan panjang gelombang tertentu melalui suatu

larutan yang memiliki konsentrasi rendah, maka larutan tersebut memiliki daya

tembus cahaya yang tinggi dengan tingkat penyerapan yang rendah. Kasus yang

kedua yaitu, ketika suatu berkas cahaya dengan panjang gelombang dan periode

tertentu maka akan didapatkan hasil daya tembus yang rendah dengan penyerapan

yang tinggi [20]. Karena cahaya bergerak dengan kecepatan yang konstan yaitu,

𝑐 = 3𝑥108 m/s dan nilai absorbsi berbanding lurus dengan panjang lintasan yang

15

harus dilalui cahaya. Ketika panjang lintasan mempunyai satuan cm, dan

konsentrasi zat penyerap mempunyai satuan Molaritas, maka nilai konstanta

proposional tersebut disebut Absorbtivitas Molar. Maka koefisien atenuasi molar

(𝜀) zat mempunyai satuan M-1cm-1 sehingga menjadi,

𝐴 = 𝜀 × 𝑙 × 𝑐 (4)

Dimana:

A = Nilai absorbsi

𝜀 = koefisien atenuasi molar

l = panjang lintasan

c = konsentrasi zat

Metode PPG pada kehidupan sehari-hari umumnya digunakan untuk

mengukur jumlah kadar oksigen dalam darah (SpO2) dan jumlah denyut jantung

per-menit (BPM) [21]. Normalnya pada tubuh manusia dewasa, jumlah denyut

jantung per-menitnya berkisaran antara 60-100 kali denyut jantung [22]. Pada

pengukuran jumlah oksigen dalam darah, sinyal PPG menggunakan dua panjang

gelombang cahaya yang berbeda [23]. Gelombang PPG dapat terbentuk karena

perubahan dari sinyal AC yang dihasilkan dari pendeteksi cahaya. Besarnya

frekuensi sinyal AC biasanya hanya bernilai 1 Hz tergantung dari detak jantung.

Lama delay waktu setiap pengukuran tergantung dari detak jantung dan panjang

lintasan cahaya. Metode PPG memanfaatkan perubahan gelombang cahaya untuk

mendeteksi perubahan volume darah dengan cara menggunakan sebuah LED

berwarna merah dan inframerah serta fotodiode [24]. Pengukuran ini mempunyai

dua metode yaitu transmittance dan reflectance.

16

2.6.1 Metode Transmittance

Metode transmittance dilakukan yaitu dengan cara meletakkan jari diantara

LED dan fotodiode. Pada metode ini, sumber cahaya akan melewati/menembus

pembuluh darah untuk mengukur perubahan volume darah sebelum cahaya diterima

oleh fotodiode. Kelemahan pada metode ini yaitu terbatasnya area yang dapat

diukur, hanya pada bagian jari tangan, jari kaki, hidung, pipi, lidah dan daun telinga

saja yang dapat diukur [25].

2.6.2 Metode Reflectance

Sedangkan pada metode reflectance dilakukan dengan cara meletakkan jari

di atas sumber cahaya dan fotodiode dengan posisi sejajar. Sumber cahaya akan

melalui pembuluh darah dan dipantulkan dari jaringan, tulang dan pembuluh darah

menuju fotodiode. Metode ini dapat diaplikasikan pada bagian kulit tubuh mana

saja yang terdapat pembuluh darah [25].

(a) (b)

Gambar 2. 6 Metode PPG (a) Transmittance (b) Reflectance [23]

Nilai kadar oksigen dalam darah (SpO2) dihasilkan dari perbandingan

antara jumlah nilai haemoglobin yang mengandung oksigen (HbO2) dengan total

jumlah nilai haemoglobin (Hb) pada arteri [26]. Berikut merupakan

perbandingannya:

𝑆𝑝𝑂2 =[𝐻𝑏𝑂2]

[𝐻𝑏𝑂2]+[𝐻𝑏] (5)

17

Jumlah perbedaan penyerapan antara LED merah dan infrared

dilambangkan dengan Rasio (R). Berikut merupakan rumus untuk menghitung

Rasio (R):

𝑅 =𝐴𝑎𝑐 𝑅 𝐴𝑑𝑐 𝑅⁄

𝐴𝑎𝑐 𝐼𝑅 𝐴𝑑𝑐 𝐼𝑅⁄ (6)

Persamaan linier dari SPO2 adalah sebagai berikut [27]:

𝑆𝑃𝑂2 = 110 − 25𝑅 (7)

2.7 Sensor MAX30100

Sensor MAX30100 adalah pulse sensor yang terintegrasi dan digunakan

untuk memonitoring SpO2 dan denyut jantung secara non-invasive [28]. Sensor

MAX30100 terdiri dari dua Light Emiting Dioda (LED) yaitu LED merah dan

infrared serta sebuah photodetektor dengan pemerosesan sinyal analog noise rendah

[29].

2.7.1 LED

Light emiting diode (LED) merupakan perangkat keras yang bersifat

semikonduktor yang dapat merubah energy listrik menjadi cahaya. LED sudah

banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari karena pemakaiannya yang mudah

dan tidak memakan banyak energy listrik [30].

2.7.2 Infrared

Infrared merupakan salah satu jenis dari LED. Infrared memancarkan

cahaya gelombang elektromagnetik yang dimana intensitas cahayanya berada di

18

bawah cahaya tampak, inilah yang menyebabkan cahaya infrared tidak terlihat oleh

mata [31].

2.7.3 Photodioda

Photodioda adalah sebuah sensor cahaya yang outputnya berupa tegangan

dan arus listrik. Photodioda bersifat photo conductive, dimana saat menerima

intensitas cahaya akan langsung merubah konduktansi dari terminal sensor tersebut

[32].

Saat mengukur detak jantung hanya LED merah yang diaktifkan, sedangkan

saat mengukur oksigen dalam darah, LED merah dan Infrared diaktifkan. Sensor

ini memiliki filter low pass yang terintegrasi yang berguna untuk mengurangi noise.

Sensor MAX30100 merupakan perangkat yang terintegrasi menggunakan serial

komunikasi I2C [33].

Darah yang mengandung oksigen akan menyerap panjang gelombang yang

dihasilkan oleh infrared yaitu sebesar 900 nm sedangkan darah yang tidak

mengandung oksigen akan menyerap panjang gelombang yang dihasilkan oleh

LED merah yaitu sebesar 650 nm. Sensor ini menggunakan metode PPG

reflectance, dimana letak dari LED merah, infrared dan fotodiode diletakkan satu

baris seperti pada gambar [34].

19

Gambar 2. 7 Cara Kerja Sensor MAX30100 [34]

Dari gambar di atas dapat dilihat ilustrasi prinsip kerja dari sensor

MAX30100. Cahaya dari LED merah hanya menyerap hemoglobin saja sedangkan

cahaya dari infrared akan menyerap hemoglobin yang mengandung oksigen.

Perbedaan penyerapan ini menjadi acuan untuk menentukan saturasi oksigen.

Sensor MAX30100 hanya membutuhkan tegangan sebesar ±3,3V (max 5v)

dan arus sebesar 0,7μA untuk pengoperasiannya. Dalam aplikasi kehidupan sehari-

hari, sensor MAX30100 dapat digunakan untuk membantu monitoring keadaan

tubuh saat olahraga dan membantu dokter dalam monitoring tubuh pasien sebelum

mendiagnosa penyakit.

Gambar 2. 8 Sensor MAX30100 [35]

20

Berikut merupakan fungsi dari masing-masing pin sensor MAX30100:

Tabel 2. 3 Fungsi Pin Sensor MAX30100

VIN Input power supply (3,3 V)

SCL I2C clock input

SDN I2C clock data (open drain)

INT Analog input

IRD Infrared driver

RD LED red driver

GND Ground

2.8 Pulse Oximeter

Pulse oximeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur saturasi oksigen

dalam darah dan detak jantung per menit tanpa memasukkan alat apa-pun ke dalam

tubuh (non-invasive). Pulse oximeter biasanya digunakan untuk pasien yang

mengalami under anesthesia, neonates (bayi yang baru lahir), dan pasien yang

mengalami kondisi buruk (critically) [36]. Cara kerja pulse oximeter adalah dengan

memanfaatkan sifat dari haemoglobin yang dapat menyerap sinar infra merah.

Sumber cahaya infrared dan cahaya merah akan ditembakkan melalui jari dan

ditangkap oleh sensor cahaya. Pada saat melewati jari, cahaya infrared akan diserap

oleh haemoglobin yang tentu saja tidak semua gelombang cahaya diserap oleh

haemoglobin. Sisa dari gelombang cahaya infrared akan menembus dan terdeteksi

oleh sensor cahaya yang mana hasilnya akan dikurangi oleh gelombang cahaya

merah. Selanjutnya nilai output dari sensor cahaya akan diproses oleh

mikroprosesor untuk dirubah dalam %SpO2.

Dalam aplikasinya sumber cahaya infrared dan cahaya merah di letakkan

berhadapan dengan sensor cahaya dan dikemas dalam satu penjepit jari yang

21

disebut probe. Penjepit jari ini bertujuan untuk mempersempit arteri untuk

mendapatkan nilai sempurna dari detak jantung permenitnya. Kelemahan dari

oximeter jenis ini yaitu ukuran jari tangan harus sesuai dengan penjepitnya untuk

hasil yang sesuai. Selain itu tidak semua bagian tubuh dapat dideteksi oleh oximeter

jenis transmittance, hanya bagian-bagian tertentu seperti ujung jari dan daun telinga

[37].

Gambar 2. 9 Oximeter Transmittance

22

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan selama 2 bulan terhitung dari 15 Juni 2019 – 31

September 2019, bertempat di gedung Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.

Alat dan Bahan

Untuk merancang alat pengukur kadar oksigen dalam darah, maka

dibutuhkan alat dan bahan untuk merancang hardware dan software. Berikut

merupakan alat dan bahan yang digunakan:

3.2.1 Perangkat Keras (Hardware)

Sensor Max30100, Arduino Nano, USB Serial Cable A/B, Resistor 4.7k Ω,

kabel male-female, Project Board, Bluetooth HC-05, Liquid Crystal

Display (LCD) 16x2, Laptop, Handphone Android, Pulse Oximeter dan

papan Arklik.

3.2.2 Perangkat Lunak (Software)

IDE Arduino dan RemoteXY

23

Tahapan Penelitian

3.3.1 Alur Penelitian

Gambar 3. 1 Flowchat Alur Penelitian

1. Tahap Persiapan

Pada tahap persiapan, peneliti menyiapkan alat dan bahan serta studi

pustaka berupa buku-buku, jurnal dan tugas akhir yang berhubungan dengan

penelitian.

24

2. Karakterisasi Sensor MAX30100 dan Modul Bluetooth HC-05

Karakterisasi sensor dilakukan dengan menguji intensitas cahaya yang

keluar dari sensor. Sedangkan untuk HC-05 dikarakterisasi dengan cara mengukur

seberapa jauh jangkauan yang dapat di jangkau oleh modul bluetooth HC-05.

3. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)

Tahap selanjutnya yaitu merancang perangkat keras (hardware). Pada tahap

perancangan hardware, peneliti menggabungkan beberapa perangkat keras

diantaranya sensor MAX30100, resistor 4.7k Ω, kabel male-female dan female-

female, project board, arduino Nano, arduino Nano Shield dan laptop/PC untuk

menampilkan hasil data.

4. Perancangan Perangkat Lunak (Software)

Setelah perancangan hardware selesai, selanjutnya merancang software dan

tampilan GUI pada handphone agar dapat mendapatkan data yang diinginkan.

Software yang digunakan yaitu Arduino IDE dan RemoteXY.

5. Pengujian Alat

Tahap selanjutnya yaitu menguji alat sekaligus bertujuan untuk

mengkarakteristik perangkat keras (hardware) dan pengambilan data. Karakterisasi

dilakukan pada sensor MAX30100 dan modul bluetooth HC-05. Pengujian

dilakukan bersamaan dengan alat pulse oximeter buatan pabrik agar dapat

mengetahui kesesuaian perangkat yang dirancang. Analisis yang digunakan sebagai

pengolahan data adalah dengan cara menentukan berapa nilai error yang terjadi jika

menggunakan metode reflectance.

25

6. Kesimpulan

Peneliti menarik kesimpulan setelah merancang bangun alat,

membandingkan dan menganalisis antara alat ukur saturasi oksigen yang dibuat

oleh peneliti dengan alat oximeter yang dibuat pabrik.

3.3.2 Perancangan Hardware

Alat pengukur saturasi oksigen dalam darah, dirancang menggunakan

sensor MAX30100 yang di letakkan pada sebuah ruang kecil berwarna gelap

sehingga saat pengukuran berlangsung didapat data yang maksimal dan mengurangi

noise. Desain perancangan hardware alat pengukur kadar oksigen dalam darah

dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 3. 2 Flowchart Perancangan Hardware

MAX30100 Arduino Nano HC-05 LCD 16x2

26

Gambar 3. 3 Rancangan Hardware

Keterangan:

1. Sensor MAX30100

2. Resistor 4,7k Ω

3. Arduino Nano

4. Bluetooth HC-05

5. LCD 16x2

Pada Gambar 3.3 Terdapat dua resistor yang digunakan sebagai pull-up

untuk sensor MAX30100. Selain itu, peneliti menggunakan arduino Nano Shield

untuk mempermudah dan memperbanyak jumlah pin.

3.3.3 Perancangan Software

Software yang digunakan untuk perancangan alat ukur kadar oksigen dalam

darah adalah Arduino IDE. Arduino sebagai penerima hasil pembacaan dari sensor

MAX30100, maka dari itu Arduino harus diisikan dengan program berupa source

code. Selanjutnya Arduino akan memproses hasil pembacaan dan mengeluarkan

1 2

4

3

5

27

hasil pembacaan pada LCD dan handphone Android menggunakan modul

Bluetooth HC-05. Berikut merupakan flowchart perancangan software:

Gambar 3. 4 Flowchart Perancangan Software

Sebelum memasukkan source code pada Arduino IDE, peneliti memastikan

sudah mendownload library dari sensor MAX30100 dan RemoteXY. Untuk

mengecek library dari MAX30100 dapat dilakukan dengan cara:

28

1. Membuka menu sketch pada toolbar.

2. Pilih menu include library lalu pilih manage libraries.

3. Pada kolom search masukan MAX30100 lalu enter.

Gambar 3. 5 Library Manager Arduino IDE

4. Pastikan library MAX30100 sudah terinstal.

5. Lakukan cara yang sama untuk menginstal library RemoteXY.

Metode Pengambilan Data

Metode yang digunakan untuk pengambilan data adalah dengan cara

melakukan percobaan pada beberapa relawan laki-laki dan perempuan dengan

jenjang umur 7-12 tahun dan umur 13-25 tahun. Data diambil dengan cara menaruh

ujung jari telunjuk pada sensor dan dilakukan selama 10 detik lamanya. Pengukuran

dilakukan dengan dua metode yaitu metode PPG Reflectance dan metode PPG

Transmittance.

29

Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh akan diolah menggunakan metode regresi linier dan

standar deviasi. Metode perhitungan regresi linier digunakan agar dapat

memperediksi nilai error yang terjadi jika dilakukan pengukuran selanjutnya.

Berikut merupakan rumus regresi linier dan standar deviasi:

𝑠2 =∑ 𝑥𝑦2−

(∑ 𝑥𝑦𝑘𝑖=1 )

2

𝑛𝑘𝑖=1

𝑛−1 (8)

𝑠 = √𝑠2 (9)

Rumus nilai keakuratan dari alat ukur yang dirancang dengan oximeter yang

sudah ada adalah:

𝑋 = |𝑋𝑆𝑝𝑂2

𝑋𝑂𝑥𝑖| 𝑥100% (10)

X = Persentase perbandingan dari kedua alat ukur

XSpO2 = Rata-rata dari alat saturasi oksigen yang dibuat

XOxi = Rata-rata dari alat oximeter

30

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Alat ukur saturasi oksigen dalam darah bertujuan untuk mengukur jumlah

oksigen dalam darah seseorang. Setelah mengukur saturasi oksigen dalam darah,

alat akan mendiagnosa penggunanya apakah normal atau tidak normal jumlah

oksigen dalam darah.

Dalam perancangan alat ukur saturasi oksigen dalam darah, peneliti

melakukan dua tahap perancangan yaitu hardware dan software. Berikut

merupakan hasil perancangan hardware dan software:

4.1 Perancangan Hardware

Hasil perancangan hardware pada penelitian ini meliputi perancangan alat

ukur saturasi oksigen dalam darah dengan keluaran yang didapatkan berupa nilai

detak jantung per menit (BPM) dan kadar saturasi oksigen dengan satuan persen

(%). Alat ukur saturasi oksigen terdiri dari beberapa komponen yaitu sensor

MAX30100, arduino Nano, HC-05, kabel jumper female to female.

(a)

(b)

Gambar 4. 1 Tampilan Awal Alat Pengukur Saturasi Oksigen dengan (a) Tampak

Luar dan (b) Tampak Dalam

31

Berikut merupakan deskripsi hasil perancangan hardware:

Tabel 4. 1 Deskripsi Alat Ukur Saturasi Oksigen yang dibuat

Dimensi (panjang x lebar x tinggi)

15,42 cm x 11,41 cm x 4.07 cm

Berat 210 gram

Material Filament PLA (Polylactid Acid)

Display Layar HP dan LCD

Operating

Characteristic

Jangkauan Sensor : 0 cm

Input Volt : 3,3 Volt

Waktu Respon : 5s

PC Connection USB Cable Type Mini

Pada Gambar 4.1 dapat dilihat pada kotak alat ukur saturasi oksigen dapat

dibuka pada bagian atas kotak. Ini berfungsi untuk memudahkan pengecekan atau

jika terjadi masalah pada alat dapat ditangani dengan mudah. Pada bagian atas kotak

terdapat sebuah lubang kecil yang berguna sebagai tempat memasukkan jari yang

akan diukur. Tempat untuk memasukkan jari didesain berwarna gelap berfungsi

untuk mengurangi intensitas cahaya yang masuk dari luar sehingga dapat

mengurangi noise saat pengukuran. Pada arduino nano digunakan perangkat

bantuan berupa arduino shield, ini berguna untuk memperbanyak pin pada arduino

nano. Pada salah satu sisi kotak terdapat port usb type mini yang berguna sebagai

power supply sekaligus sebagai media komunikasi antara laptop dengan arduino.

Sensor MAX30100 menggunakan serial komunikasi I2C yang merupakan

serial komunikasi open drain, dimana saat sinyal low maka menghasilkan nol volt

dan saat sinyal high maka sinyal akan floating. Untuk dapat membaca hasil output

dari sensor, maka diperlukan resistor sebagai pull-up pada pin SDA dan SCL.

Resistor yang digunakan untul mempull-up yaitu sebesar 4,7k Ω. Selain sensor,

32

peneliti juga menggunakan serial komunikasi I2C pada lcd untuk mengurangi

jumlah kabel jumper yang digunakan.

4.2 Perancangan Software

Perancangan software pada alat pengukur saturasi oksigen menggunakan

aplikasi Arduino IDE pada laptop dan RemoteXY pada handphone. Berikut

merupakan source code pada Arduino IDE:

33

Gambar 4. 2 Source Code pada Arduino IDE

Setelah menginput source code pada Arduino IDE, langkah selanjutnya

yaitu membuat tampilan Guide User Interface (GUI) pada HP menggunakan laptop.

Berikut merupakan hasil desain GUI pada HP yang dibuat:

Gambar 4. 3 Hasil GUI Pada HP

34

Pada gambar 4.3 dapat dilihat bahwa nilai SPO2 ditunjukan oleh angka,

sedangkan pada sisi kiri layar merupakan grafik antara SPO2 dan BPM. Setiap

desain yang dibuat menggunakan source code yang berbeda-beda. Source code

RemoteXY didapat setelah menyelasaikan desain GUI dengan menekan Get Source

Code. Setelah mendapatkan source code RemoteXY tahap selanjutnya yaitu

memasukkan source code untuk sensor, lcd dan bluetooth.

4.3 Hasil Pengujian Karakteristik Alat Ukur Saturasi Oksigen

Karakteristik perangkat keras dilakukan pada sensor MAX30100 dan modul

bluetooth HC-05. Pengujian bertujuan untuk menentukan nilai-nilai batasan yang

dapat dicangkup oleh masing-masing perangkat keras.

4.3.1 Pengujian Sensor MAX30100

Pengujian karakteristik sensor MAX30100 dilakukan agar dapat

mengetahui nilai awal intensitas cahaya sebelum diujikan ke ujung jari tangan.

Pengujian dilakukan menggunakan sensor LDR untuk membaca nilai intensitas

cahayanya. Intensitas yang terukur akan langsung dikonversi menggunakan rumus

ADC sehingga satuannya menjadi lux. Berikut merupakan hasil dari karakteristik

sensor MAX30100.

Tabel 4. 2 Hasil Karakterisasi Sensor MAX30100

Waktu (s) Intensitas Cahaya Sensor yang Dipancarkan (Lux)

1 118,98

2 178,57

3 117,32

4 174,56

5 115,16

35

Pada tabel 4.2 Dapat dilihat bahwa karakteristik LED merah dan infrared

memiliki range 115,16 Lux sampai 178,57 Lux yang intensitasnya berfluktuasi.

Fluktasi diakibatkan oleh dua panjang gelombang yang berbeda dipancarkan pada

waktu yang sama.

4.3.2 Pengujian Modul HC-05

Pengujian Modul HC-05 dilakukan dengan cara mengukur jarak maksimal

yang dapat di jangkau serta keakuratan data yang diterima. Pengujian dilakukan

dengan cara mencoba alat dan menjauhkan perangkat HP dengan jarak tertentu.

Pengujian bertempat di lapangan sehingga tidak terhalang apapun. Berikut

merupakan hasil pengukuran dengan jarak tertentu.

Tabel 4. 3 Hasil Karakterisasi Alat Ukur Terhadap Posisi/Jarak

Jarak (m)

Hasil Pengukuran

Handphone LCD

SpO2 (%) BPM SpO2 (%) BPM

25 94 58 94 58

50 95 69 95 69

75 94 73 94 73

100 94 72 94 72

125 95 68 95 68

140 94 64 94 64

141 0 0 94 67

Dari hasil karakteristik modul bluetooth HC-05 yang digunakan dapat

ditentukan hasil bahwa jangkauan maksimal bluetooth adalah sejauh ±140 m tanpa

adanya halangan. Selain itu, selama modul bluetooth HC-05 masih dapat terhubung

dengan HP maka data yang keluar pada HP akan selalu sama dengan LCD.

36

4.4 Hasil Pengujian Alat Pengukur Saturasi Oksigen

Pengujian dilakukan pada beberapa orang dengan rentang umur yang

berbeda, yaitu umur 22 tahun, 23 tahun, 7 tahun dan 8 tahun. Pengujian ini bertujuan

untuk membandingkan alat pengukur saturasi oksigen buatan yang menggunakan

metode PPG reflectance dengan alat oximeter yang menggunakan metode PPG

transmittance. Berikut merupakan hasil pengolahan data yang dilakukan

menggunakan alat yang dibuat dengan alat yang sudah ada.

Tabel 4. 4 Pengolahan Data Alat yang dibuat dengan Alat Oximeter

Jenis

Kelamin/Umur

Reflectance Transmittance

SpO2 Standar

Deviasi Ketelitian SpO2

Standar

Deviasi Ketelitian

Laki-laki/22

Tahun 96 0 100 % 96,6 0,699 99,3 %

Perempuan/23

Tahun 96,8 0,422 99,58% 91,2 0,919 99,08 %

Perempuan/8

Tahun 95,9 0,316 99,68% 98,5 0,527 99,47%

Perempuan/7

Tahun 95 0,943 99,06% 79 3,162 96,84%

Keakuratan 95,2 %

(a) Pengolahan Data SpO2

Jenis

Kelamin/Umur

Reflectance Transmittance

BPM Standar

Deviasi Ketelitian BPM

Standar

Deviasi Ketelitian

Laki-laki/22

Tahun 53,6 1,075 98,92% 57,9 0,568 99,43%

Perempuan/23

Tahun 71,3 3,529 96,47% 72,7 0,949 99,05%

Perempuan/8

Tahun 93,8 12,426 87,57% 121,4 0,699 99,3%

Perempuan/7

Tahun 89,7 14,469 85,53% 76,8 9,886 90,11%

Keakuratan 93,8 %

(b) Pengolahan Data BPM

Dari tabel 4.4 (a) dapat diketahui bahwa nilai SpO2 cenderung lebih stabil

dibandingkan nilai BPM. Ketidak stabilan nilai BPM dikarenakan jantung terus

memompa darah dalam tubuh sehingga membuat darah terus bergerak. Pergerakan

37

darah dalam tubuh bersifat acak dan cepat sehingga menyebabkan gelombang

infrared menjadi tidak stabil.

Normalnya, nilai saturasi oksigen besarnya di atas 90%. Maka dari itu, pada

pengukuran menggunakan metode PPG Transmittance terdapat noise saat

pengukuran relawan anak perempuan (7 tahun) yang menyebabkan nilai tidak

sesuai dengan nilai normalnya. Noise ini terjadi karena pada jari anak perempuan

(7 tahun) terlalu kecil sehingga adanya gelombang cahaya dari LED merah tidak

dapat menembus jaringan pada jari sepenuhnya sehingga membuat gelombang

cahaya LED merah tidak tertangkap oleh photodiode. Berdasarkan hasil

pengamatan, gelombang yang dipancarkan secara reflectance lebih baik dari pada

gelombang yang dipancarkan secara transmittance karena jika sebuah gelombang

cahaya dipantulkan maka akan terjadi penguatan gelombang.

Nilai keakuratan didapat dengan cara membandingkan hasil pengukuran

rata-rata nilai SpO2 dan BPM alat saturasi oksigen dibuat dengan hasil pengukuran

rata-rata nilai SpO2 dan BPM alat oximeter buatan pabrik. Dari hasil perhitungan

nilai keakuratan pada pengukuran SpO2 sebesar 95,2%, sedangkan pada

pengukuran BPM nilai keakuratannya yaitu 93,8%.

38

(a)

(b)

(c)

95

95,5

96

96,5

97

97,5

98

98,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

SpO

2

Waktu (s)

Reflectance Transmittance

84

86

88

90

92

94

96

98

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

SpO

2

Waktu (s)

Reflectance Transmittance

93

94

95

96

97

98

99

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

SpO

2

Waktu (s)

Reflectance Transmittance

39

(d)

Gambar 4. 4 Grafik Perbandingan SpO2 pada (a) Laki-laki 22 Tahun (b)

Perempuan 23 Tahun (c) Perempuan 8 Tahun (d) Perempuan 7 Tahun

Dari gambar 4.4 Dapat dilihat hasil pengukuran saturasi oksigen

menggunakan metode PPG Reflectance lebih stabil dibandingnkan dengan metode

PPG Transimittance. Respon waktu rata-rata atau perubahan pada pengukuran

SpO2 metode reflectance terjadi pada detik ke-5. Meskipun berbeda tetapi masih

menunjukan hasil yang sama.

(a)

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

SpO

2

Waktu (s)

Reflectance Transmittance

50

52

54

56

58

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

BP

M

WaktuReflectance Transmitance

40

(b)

(c)

(d)

Gambar 4. 5 Grafik Perbandingan BPM pada (a) Laki-laki 22 Tahun (b)

Perempuan 23 Tahun (c) Perempuan 8 Tahun (d) Perempuan 7 Tahun

55

60

65

70

75

80

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

BP

M

Waktu

Reflectance Transmitance

0

20

40

60

80

100

120

140

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

BP

M

Waktu

Reflectance Transmitance

0

20

40

60

80

100

120

140

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

BP

M

Waktu

Reflectance Transmitance

41

Dari gambar 4.5 dapat dilihat hasil grafik menunjukan perbedaan yang tidak

terlalu signifikan pada pengukuran BPM. Grafik dari metode transmittance

cenderung lebih stabil dibandingkan dengan metode reflectance, karena pada

metode transmittance memiliki tingkat akurasi yang lebih tinggi dalam mengukur

BPM. Ketidakstabilan ini dikarenakan saat mengukur BPM sensor hanya

menggunakan LED merah sebagai pengukurnya, sedangkan sensor tersebut sudah

diseting untuk mengukur LED dan infrared. Walaupun nilainya sedikit berbeda,

namun menunjukan informasi yang sama.

42

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan alat saturasi oksigen yang telah dirancang dan bangun, maka

dapat ditarik kerimpulan sebagai berikut:

1. Telah berhasil merancang dan membangun alat pengukur saturasi oksigen

(SpO2) portable dengan menggunakan metode Photopletysmograph (PPG)

Reflectance dengan waktu respon sebesar 5 detik, ketelitian pengukuran

rata-rata di atas 96 % berdasarkan alat oximeter yang sudah ada dan

keakuratan sebesar 95,2 % serta dapat dimonitoring menggunakan bluetooth

dengan jangkauan maksimal sejauh 140 meter.

2. Hasil karakterisasi sensor MAX30100 mempunyai intensitas cahaya yang

dipancarkan dengan range sebesar 115 Lux sampai 178 Lux.

3. Hasil pengukuran saturasi oksigen (SpO2) pada metode reflectance lebih

stabil dibandingkan dengan metode transmittance, sedangkan hasil

pengukuran BPM pada metode transmittance jauh lebih stabil dibandingkan

dengan metode reflectance, namun masing-masing metode memiliki

kelemahan yang sama yaitu tidak dapat mengukur jari yang ukurannya kecil

seperti pada pengukuran anak 7 tahun.

43

5.2 Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dibuat, maka disarankan untuk peneliti

selanjutnya agar dapat mengembangkan alat pengukur saturasi oksigen yaitu

sebagai berikut:

1. Menggunakan modul wifi sehingga hasil dari pengukuran dapat dilihat

menggunakan lebih dari satu perangkat.

2. Fitur-fitur lain seperti buzzer dan lampu LED sebagai indikator jika ada

ketidak normalan pengukuran dapat ditambahkan sehingga alat lebih

menarik.

3. Menggunakan papan PCB untuk mengurangi derau/noise yang diakibatkan

oleh kabel jumper.

4. Mengurangi keterbatasan alat yang sebelumnya hanya dapat mengukur

saturasi melalui jari menjadi dapat mengukur pada anggota tubuh lain.

44

LAMPIRAN

Data Hasil Pengukuran

Jenis

Kelamin/Umur

Waktu

(s)

Reflectance Tranmittance

SpO2 (%) BPM SpO2 (%) BPM

Laki-laki / 22

Tahun

1 96 55 96 59

2 96 56 96 58

3 96 53 96 58

4 96 53 96 58

5 96 53 96 58

6 96 53 97 58

7 96 53 97 58

8 96 53 97 58

9 96 53 97 57

10 96 54 98 57

Perempuan / 23

Tahun

1 97 75 89 73

2 97 71 91 73

3 97 74 91 74

4 97 72 91 74

5 97 63 91 72

6 96 68 91 72

7 96 74 92 73

8 97 73 92 73

9 97 72 92 72

10 97 71 92 71

Perempuan / 8

Tahun

1 95 117 98 122

2 96 100 98 122

3 96 97 98 121

4 96 80 98 121

5 96 72 99 121

6 96 97 99 121

45

7 96 97 99 121

8 96 97 99 121

9 96 97 99 121

10 96 84 98 123

Perempuan / 7

Tahun

1 96 72 88 88

2 96 84 78 88

3 96 87 78 87

4 94 125 78 87

5 93 86 78 74

6 95 89 78 74

7 95 100 78 69

8 95 77 78 69

9 95 89 78 61

10 95 88 78 71

46

Source code sensor MAX30100

47

Source Code RemoteXY

48

RemoteXY Editor

49

Datasheet Sensor Max30100

50

51

52

53

Dokumentasi

Transmittance

Laki-laki 22 Tahun

Perempuan 8 Tahun

Perempuan 23 Tahun

Perempuan 7 Tahun

54

Reflectance

Laki-laki 22 Tahun

Perempuan 23 Tahun

55

Perempuan 8 Tahun

Perempuan 7 Tahun

56

DAFTAR PUSTAKA

[1] U. Salamah and K. Oksigen, “RANCANG BANGUN PULSE

OXIMETRY MENGGUNAKAN ARDUINO SEBAGAI I .

PENDAHULUAN Salah satu organ terpenting dalam tubuh manusia adalah

darah . Darah merupakan sistem transportasi tubuh yang membawa zat- zat

yang dibutuhkan oleh tubuh dan mengedarkannya ke selur,” vol. 06, no. 02,

2016.

[2] F. Teknik and U. T. Madura, “Rancang Bangun Metode OTSU Untuk

Deteksi Hemoglobin,” pp. 106–110.

[3] O. S. Non-invasive and P. Y. Mallo, “Rancang Bangun Alat Ukur Kadar

Hemoglobin dan Oksigen Dalam Darah dengan Sensor,” no. 1.

[4] L. A. H. W. Endah, Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran. Jakarta:

Lembaga Penelelitian UIN Syarif Hidayatullah Jakarta, 2010.

[5] S. Khairunnisa, I. D. Gede, H. Wisana, I. Priyambada, C. Nugraha, and J.

T. Elektromedik, “RANCANG BANGUN PULSE OXIMETER

BERBASIS IOT ( INTERNET OF THINGS ),” 2014.

[6] A. F. T. Sanga and D. Jantung, “PERANCANGAN SISTEM PENGUKUR

DETAK JANTUNG.”

[7] F. Rozie, F. Hadary, F. T. P. W, D. Nadi, B. Berdasarkan, and P. Terkait,

“Jumlah Denyut Nadi / Jantung Berbasis Android,” Tek. Electro, vol. 1, pp.

1–10, 2014.

[8] A. Dimas et al., “Perancangan Pengendali Rumah menggunakan

57

Smartphone Android dengan Konektivitas Bluetooth,” vol. 1, no. 5, pp.

415–425, 2017.

[9] U. N. Yogyakarta, “AUTOMATIC WARNING SYSTEM SMARTTRASH

( AWASSH ) PENDAHULUAN Seiring dengan perkembangan zaman dan

teknologi kebutuhan informasi yang cepat sangat di butuhkan dalam

berbagai sektor kehidupan , sehingga menunjang kinerja salah yaitu

mempunyai tutup dan sebai,” vol. 1, no. 13507134001, pp. 1–8.

[10] E. D. Marindani and B. W. Sanjaya, “Rancang Bangun Sistem Peringatan

Dini Dan Pelacakan Pada Kendaraan Sepeda Motor Dengan Menggunakan

Mikrokontroler Arduino Nano,” pp. 1–11, 2014.

[11] https://www.ev3dm.com/product/arduino-nano-v3-0/, “Arduino Nano,”

2019. .

[12] https://www.arduino.cc/, “arduino IDE.” [Online]. Available:

https://www.arduino.cc/.

[13] A. Cotta, “HC-05 BLUETOOTH MODULE INTERFACED WITH

ARDUINO,” vol. 5, no. 4, pp. 869–872, 2016.

[14] A. Zainuri, U. Wibawa, and E. Maulana, “Implementasi Bluetooth HC – 05

untuk Memperbarui Informasi Pada Perangkat Running Text Berbasis

Android,” vol. 9, no. 2, pp. 163–167, 2015.

[15] R. Rumimper, S. R. U. A. Sompie, and D. J. Mamahit, “Rancang Bangun

Alat Pengontrol Lampu Dengan Bluetooth Berbasis Android,” E-Journal

Tek. Elektro Dan Komput., vol. 5, no. 3, pp. 24–33, 2016.

[16] Http://remotexy.com/en/help/, “RemoteXY.” [Online]. Available:

58

http://remotexy.com/en/help/. [Accessed: 08-Sep-2019].

[17] E. Simonson, “Photoelectric plethysmography; methods, normal standards,

and clinical application,” Geriatrics, vol. 11, no. 10, p. 425, 1956.

[18] et al. E. Simonson, S. Koff, A. Keys, “Contour of the toe pulse, reactive

hyperemia, and pulse transmission velocity: group and repeat variability,

effect of age, exercise, and disease,” Am. Heart J., vol. 50, no. 2, pp. 260–

279, 1955.

[19] A. V. J. Challoner, “Photoelectric plethysmography for estimating

cutaneous blood flow,” Non-Invasive Physiol. Meas., vol. 1, pp. 125–151,

1979.

[20] P. Jon H. Hardesty, PhD and Bassam Attili, “Spectrophotometry and the

Beer-Lambert Law: An Important Analytical Technique in Chemistry,” pp.

1–6, 2010.

[21] S. Hadiyoso, A. Rizal, and R. Magdalena, “MONITORING

PHOTOPLETHYSMOGRAPH DIGITAL DENGAN WIRELESS LAN

( 802 . 11b ),” Konf. Nas. Sist. dan Inform. 2011, vol. 1, pp. 89–93, 2011.

[22] K. Pengguna, D. A. N. P. Kecelakaan, B. B. Bimantoro, and A. Triwiyatno,

“Kursi roda elektrik dengan sistem pemantauan kesehatan pengguna,

lokasi, dan pendeteksi kecelakaan berbasis iot,” vol. 8, no. 2, pp. 119–127,

2019.

[23] T. Y. A. P. A. Kyriacou, “Photoplethysmography for blood volumes and

oxygenation changes during intermittent vascular occlusions,” J. Clin.

Monit. Comput., vol. 32, no. 3, pp. 447–455, 2018.

59

[24] S. Bagha and L. Shaw, “A Real Time Analysis of PPG Signal for

Measurement of SpO 2 and Pulse Rate,” no. May, 2014.

[25] T. Tamura, Y. Maeda, M. Sekine, and M. Yoshida, “Wearable

Photoplethysmographic Sensors—Past and Present,” pp. 282–302, 2014.

[26] S. Wendelken and Y. M. Akay, “USING A FOREHEAD REFLECTANCE

PULSE OXIMETER TO DETECT CHANGES IN SYMPATHETIC

TONE by Examining Committee : Susan P . McGrath , Ph . D .,” no.

August 2015, 2004.

[27] G. Hariyanto, W. R. K, and F. C. S. A, “Rancang Bangun Oksimeter

Digital Berbasis Mikrokontroler.”

[28] R. Patel, R. Dubey, S. Mishra, and S. K. Bharti, “Tele-Monitoring Device

for Cardiorespiration Activity,” pp. 282–287, 2018.

[29] D. Bagus, S. Budi, R. Maulana, and H. Fitriyah, “Sistem Deteksi Gejala

Hipoksia Berdasarkan Saturasi Oksigen dan Detak Jantung Menggunakan

Metode Fuzzy Berbasis Arduino,” vol. 3, no. 2, pp. 1925–1933, 2019.

[30] J. T. Elektro, F. Teknik, and U. M. Malang, “PROTOTIPE CONTROLLER

LAMPU PENERANGAN LED ( LIGHT EMITTING DIODE )

INDEPENDENT BERTENAGA SURYA Prototype Lamp Lighting

Controller LED ( Light Emitting Diode ) Independent Solar Jika kita

perhatikan cadangan energi dari bahan minyak bumi di Indonesia diper,”

no. September, pp. 116–122, 2014.

[31] A. Pada, S. Operasi, and W. Xp, “1 , 2 , 3,” vol. 9, no. 1, 2013.

[32] R. Yanuardhi, D. Soegiarto, and A. Sularsa, “RANCANG BANGUN

60

PULSE OXIMETRY DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA 16,” vol. 2, no. 1, pp. 332–338, 2016.

[33] S. Chavan, P. Gadekar, M. Patil, S. P. Tondare, and S. P. Gaikwad, “Solar

Powered Non-Invasive Pulse Oximeter and Heart Rate Meter,” pp. 5279–

5285, 2018.

[34] C. P. Oximeter and H. Sensor, “Pulse Oximeter and Heart-Rate Sensor IC

for Wearable Health Beneits and Features MAX30100 Pulse Oximeter and

Heart-Rate Sensor IC for Wearable Health Absolute Maximum Ratings

Supply Current in Shutdown,” pp. 1–30.

[35] Https://www.makerfabs.com/max30100-pulse-oximeter-spo2-and-heart-

rate-sensor-module.html, “sensor oximeter MAX30100.” .

[36] D. S. Subhagya and C. Keshavamurthy, “Challenges Faced in Extracting

Raw SpO2 Sensor Data,” vol. 7, pp. 1030–1032, 2018.

[37] Https://id.wikihow.com/Mengukur-Kepekatan-Oksigen-Menggunakan-

Pulse-Oximeter, “Cara Mengukur Kepekatan Oksigen Menggunakan Pulse

Oximeter.” .