BAB I - UNNOCS | Indonesian electronics for Dummies Web viewMetode empat electroda adalah metode...
Transcript of BAB I - UNNOCS | Indonesian electronics for Dummies Web viewMetode empat electroda adalah metode...
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perkembangan teknologi yang pesat pada akhir-akhir ini sangat
mempengaruhi perkembangan sistem yang canggih pada alat-alat kesehatan.
Dan telah banyak peralatan kedokteran yang menerapkan rangkaian
elektronika untuk operasionalnya, Salah satu peralatan kedokteran yang
sistem kerjanya secara elektronik adalah bioelectrical impedance analysis
yang berfungsi untuk mengetahui total cairan tubuh dan presentase lemak
tubuh melalui impedansi tubuh sehingga dapat diketahui tingkat obesitas
tubuh pasien.
Maka dalam kesempatan ini penulis ingin membuat bioelectrical
impedance analisys. Didasari hal tersebut maka penulis tertarik untuk
mengambil judul “AT89s51 MICROCONTROLLER BASED
BIOELECTRICAL IMPEDANCE ANALYSIS” sebagai judul tugas akhir.
1.2. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka penulis ingin
membuat alat AT89s51 MICROCONTROLLER BASED
BIOELECTRICAL IMPEDANCE ANALYSIS
1
1.3. Batasan Masalah
Agar dalam pembahasan alat ini tidak terjadi pelebaran masalah
dalam penyajiannya, penulis membatasi pokok- pokok bahasan yang akan
dibahas pada Alat bioelectrical impedance analysis adalah
1. berat badan pasien mulai dari 20– 90 kg
2. tinggi badan pasien mulai dari 90– 190 cm
3. umur pasien mulai dari 5 – 80 th
4. pemasangan elektrode hanya pada tangan kanan dan kaki kanan
5. frekuensi yang digunakan 50kHz dengan arus 500uA
6. hasil pengukuran hanya untuk mengukur TBW dan PBF sebagai tingkat
obesitas pasien.
1.4. Rumusan Masalah
Bagaimana membuat “AT89s51 MICROCONTROLLER BASED
BIOELECTRICAL IMPEDANCE ANALYSIS dengan tampilan LCD”?.
1.5. Tujuan
1.5.1. Tujuan Umum
Membuat suatu Alat AT89s51 MICROCONTROLLER
BASED BIOELECTRICAL IMPEDANCE ANALYSIS untuk
mengetahui tingkat obesitas pasien melalui impedansi tubuh.
2
1.5.2. Tujuan Khusus
Secara operasional, tujuan khusus dalam penelitian ini antara
lain :
1. Membuat rangkain mikrokontroler AT89s51.
2. Membuat rangkaian ADC
3. Membuat rangkaian LCD untuk tampilan parameter
4. Membuat Rangkaian instrument detector electrode
5. Membuat rangkaian pembangkit frekuensi 50kHz
6. Membuat rangkaian ampere meter
7. Membuat rangkaian Voltage Controlled Current Source (VCCS)
1.6. Manfaat
1.6.1. Manfaat teoritis
Meningkatkan wawasan atau pengetahuan di bidang teknik
elektromedik, khususnya pada alat bioelectrical impedance analysis
untuk mengetahui TBW dan PBF sebagai tingkat obesitas pada tubuh
pasien.
1.6.2. Manfaat Praktis
Menambah pengetahuan dibidang elektromedik, dengan
merencanakan alat AT89s51 MICROCONTROLLER BASED
BIOELECTRICAL IMPEDANCE ANALYSIS untuk mengetahui
tingkat obesitas pada tubuh pasien sehingga dokter dapat
memperkirakan tindakan-tindakan selanjutnya pada pasien tanpa
melakukan perhitungan secara manual menggunakan rumus .
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Definisi Secara Umum bioelectrical impedance analysis (BIA)
BIA menganalisa komposisi cairan tubuh secara tidak langsung
dengan mencatat perubahan impedance arus listrik segmen tubuh Prinsip
BIA adalah mengukur perubahan arus listrik jaringan tubuh yang didasarkan
pada asumsi bahwa jaringan tubuh adalah merupakan konduktor silinder
ionik dimana lemak bebas ekstrasellular dan intrasellular berfungsi sebagai
resistor dan kapasitor. Arus listrik dalam tubuh adalah jenis ionik dan
berhubungan dengan jumlah ion bebas dari garam, basa dan asam, juga
berhubungan dengan konsentrasi, mobilitas,dan temperatur medium.
Jaringan terdiri dari sebagian besar air dan elektrolit yang merupakan
penghantar listrik yang baik, sementara lemak dan tulang merupakan
penghantar listrik yang buruk Ada beberapa istilah yang dipergunakan dalam
BIA yaitu impedance, resistance (R) dan capacitance (Xc). Impedance adalah
perubahan frekuensi arus listrik yang melewati jaringan tubuh dimana
frekuensi arus listrik diperlambat atau dihambat. Impedance merupakan
kombinasi dari resistance (R) dan capacitance (Xc). Resistance merupakan
tahanan frekuensi arus listrik yang dihasilkan oleh cairan intra dan ekstrasel
sedangkan capacitance merupakan tahanan frekuensi arus listrik yang
dihasilkan oleh jaringan dan membran sel. Resistance dan capacitance
4
berbanding lurus dengan panjang jaringan dan berbanding terbalik dengan
tebal jaringan tubuh.
Gambar : Arus listrik yang dipengaruhi panjang dan tebal jaringan
Resistan dan kapasitan dapat diukur dengan berbagai tingkat
frekuensi. Pada frekuensi nol gelombang tidak dapat menembus membran sel
yang berfungsi sebagai insulator, dan karenanya gelombang hanya melewati
cairan ekstraseluler, sedangkan frekuensi tinggi gelombang dapat menembus
membrane sel yang menjadi kapasitor sempurna, dan karenanya gelombang
melewati cairan intraseluler dan ekstraseluler. Dengan frekuensi 50 kHz,
gelombang melewati baik cairan intra dan ekstraseluler, meskipun
proporsinya berbeda dari jaringan ke jaringan lain.
Elektroda BIA umumnya ditempelkan pada permukaaan tangan dan
kaki, pengukuran dilakukan pada temperatur ruangan normal dimana pasien
tidak merasa kedinginan atau kepanasan. Pengukuran tidak boleh dilakukan
segera setelah makan, minum dan olahraga.
5
2.2. Faktor – faktor yang mempengaruhi validitas BIA
2.2.1. Jenis Kelamin
Penggunaan secara umum nilai standar BIA pada jenis kelamin
yang berbeda tanpa dilakukan validasi sebelumnya harus dihindari,
karena akan mempengaruhi akurasi dari pengukuran BIA. Bailey (1982)
dalam penelitiannya mengatakan bahwa terjadi perbedaan total massa
tubuh antara pria dan wanita, dimana pria memiliki total massa tubuh
8% lebih tinggi dibandingkan wanita sebesar 20%. Liebelt (1959)
mengatakan bahwa terjadi perbedaan pola distribusi lemak antara pria
dan wanita, dimana pola distribusi lemak pada pria cenderung pada
daerah tubuh bagian atas dan daerah abdomen (upper body-abdominal
pattern), sedangkan pada wanita pola distribusi lemak cenderung pada
daerah gluteal dan femoral (gluteal-femoral pattern).
2.2.2. Etnik / Ras
Panjang tubuh dan komposisi tubuh setiap manusia tidak
memiliki kesamaan,dan ini akan mempengaruhi terhadap pengukuran
BIA. Impedansi tubuh berbeda diantara beberapa kelompok etnik dan
ini akan mempengaruhi akurasi dari BIA. Ada beberapa faktor yang
bertanggung jawab terhadap perbedaan etnik,yang mana dapat
mempengaruhi secara langsung dan luas terhadap akurasi dari hasil
pengukuran komposisi tubuh dengan BIA seperti:
6
-Distribusi lemak. Etnik mempengaruhi pola distribusi lemak sehingga
akan mempengaruhi validitas dari nilai standar. Ini ditunjukkan bahwa
proporsi dari deposisi lemak pada tubuh nilainya bervariasi antara 5,7%
diantara etnik Asia,Mexican amerika, Caucasian dan African amerika.
-Densitas tubuh. Memiliki pengaruh yang signifikan terhadap akurasi
dari perkiraan Fat Free Mass. Beberapa studi menunjukkan bahwa
African amerika memiliki densitas tubuh dan BCM yang lebih tinggi
dibandingkan dengan Caucasian Amerika. Menurut Wang dkk, populasi
Asia (China, Malay, Singapura Indian) memiliki persentase lemak tubuh
yang tinggi dan FFM yang rendah.
-Perbedaan proporsi panjang kaki. Impedansi tubuh terutama
berdasarkan pada impedansi dari kaki, adanya perbedaan nilai parameter
pada beberapa etnik mungkin berhubungan dengan perbedaan proporsi
dari panjang kaki. Hipotesa ini didukung oleh beberapa studi bahwa
beberapa studi menunjukkan bahwa populasi kulit hitam memiliki
panjang kaki yang lebih panjang dibanding populasi kulit putih
2.2.3. Umur
Usia menunjukan perbedaan yang besar pada setiap individu
terutama pada densitas mineral, hidrasi dan protein yang terkandung
dalam FFM. Juga dijumpai penurunan dari FM pada usia lanjut.
7
2.3. Beberapa parameter yang dihasilkan oleh BIA
2.3.1. Total Body Water (TBW)
Total cairan tubuh ( Total Body Water 60% berat badan )
terdiri atas tiga kompartemen normal yaitu cairan intravascular ( 5 %
berat badan ), cairan interstitial ( 15% berat badan ), dan cairan intra sel
( 40% berat badan ). Cairan intravascular dan cairan interstitial bersama-
sama disebut sebagai cairan ekstra seluler. Dalam keadaan patologis
yang mengiringi syok yang berlebihan, terjadi kebocoran cairan ke
rongga ketiga ( ke lumen usus, rongga peritoneum ). Cairan
ekstraselular merupakan cairan yang dikeluarkan memalui urine,
keringat, dan penguapan nafas
Bila asupan cairan tidak memadai, tubuh akan mengurangi
produksi urine, sementara kehilangan cairan tubuh melalui keringat dan
uap nafas tidak bisa dihindari. Keadaan ini akan memperberat bagi
pasien-pasien pasca bedah yang membutuhkan asupan cairan guna
menyeimbangkan cairan tubuh yang hilang akibat trauma, infeksi,
maupun akibat intervensi pembedahan. Jika asupan berlebihan tubuh
akan menambah produksi urine untuk membuang kelebihan cairan.
TBW dipengaruhi oleh umur, jenis kelamin, dan tingkat obesitas
seseorang. TBW pada laki-laki diperkirakan sebesar 60 % dari berat
badan, wanita sebesar 50 %, Anak-anak sebesar 65%, infant sebsesar
75-80%, obesitas 40-50%.
8
Rumus total body water (TBW) :
S= TB(cm)
Z = impedansi
W = BB (Kg)
Sex= laki-laki :1 Perempuan: 0
Umur(th)
2.4. STATUS NUTRISI
2.4.1. Body Cell Mass (BCM)
BCM didefinisikan sebagai massa intraselular dalam tubuh,
yang terutama berisi kalium tubuh (98-99%). Seluruh konsumsi
oksigen,produksi CO2, oksidasi glukosa, sintesa protein dan kerja
metabolism lain berlangsung didalam Body cell Mass (BCM). BCM
pada hakekatnya merupakan massa dari seluruh elemen sel di dalam
tubuh, oleh karena itu merupakan komponen aktif dari metabolism
tubuh. Pada individu normal, pada jaringan otot terdiri dari sekitar 60%
BCM, jaringan organ sekitar 20% BCM, dan sisanya 20% terdapat pada
sel darah merah dan jaringan seperti adiposit, tendon, tulang dan tulang
rawan.
9
TBW = 0.372(S²÷Z) + 3.05(Sex) + 0.142(W) - 0.069(Umur)
2.4.2. Free Fat mass (FFM)
Adalah kombinasi dari Body Cell Mass (BCM) dan
Extracellular Mass (ECM).
Rumus FFM
2.4.3. Fat Mass (FM)
Lemak adalah tempat penyimpanan energi di dalam tubuh. Fat
Mass (FM) sama dengan berat badan aktual dikurangi dengan Fat free
Mass (FFM). Nilai normalnya dipengaruhi oleh umur dan jenis
kelamin.
Rumus Fat Mass (FM)
Rumus precentace body fat
Tabel nilai precentace body fat
Under 8 – 18
Normal 18 – 28
Over 28 – 63
2.5. elektrode
10
Fat mass (FM)= BB - FFM
FFM = TBW ÷ 0.73 = 38.7 ÷ 0.73
Body Fat % = Fat Mass ÷ Weight x 100
2.5.1. Metode Empat Elektrode
Parameter yang sebenarnya diukur dengan BIA adalah
tegangan (V) yang dihasilkan antara dua elektroda yang terpasang pada
tubuh pasien. Pengukuran biasanya dinyatakan sebagai rasio, V /
I, yang juga disebut impedansi (Z). Alat ukur karena itu disebut analisa
impedansi Bioelectrical. Impedansi memiliki dua komponen,
resistansi (R) dan reaktansi (X). Di BIA perlawanan adalah nominal
sekitar 250 Ω, dan reaktansi adalah sekitar 10 persen dari jumlah itu,
sehingga besarnya Z adalah mirip dengan R. Dalam laporan BIA
Z dan R digunakan sebagai jika mereka dipertukarkan
Z = (R 2 + X 2) 1/2. .
Untuk mengetahui resistansi dapat di ketahui dengan
menggunakan rumus sebagai berikut: R = V/I sedangkan untuk
mengetahui reaktansi dapat diketahui dengan menggunakan rumus :
X=1.0 / 2 x П x kapasitansi. kapasitansi dapat di ketahui menggunakan
rumus : C = Q/E = W2 / E2
Metode empat electroda adalah metode yang paling banyak
diterima dalam pengukuran bioimpedance. Metode empat elektroda
menggunakan dua elektroda untuk menyuplai arus ke jaringan dan dua
elektroda lainnya digunakan untuk mengukur besar tegangan pada
bioimpedance. Hasilnya, harga bioimpedance Z dapat dihitung dengan
persamaan Ohm berikut:
11
Dimana V adalah tegangan dan I adalah arus
2.5.2. Posisi tubuh pasien dan pemasangan electrode
Tempatkan probe hitam elektroda injection arus (I) pada permukaan
dorsal dari tangan kanan proksimal sendi metakarpal-phalangeal. lihat
Gambar 2.4.2
Tempatkan probe merah elektroda injection arus (I) pada permukaan
dorsal kaki kanan proksimal sendi metatarsal-phalangeal lihat (Gambar
2.4.2).
Tempatkan pusat elektroda tegangan-detektor (V) pada garis-tengah
antara ujung menonjol dari radius dan ulna yang tepat dari pergelangan
tangan lihat (Gambar 2.4.2).
Tempatkan pusat elektroda tegangan-detektor (V) pada garis-tengah
antara ujung yang menonjol dari malleoli medial dan lateral
pergelangan kaki kanan (Gambar 2.4.2).
Gambar 2.4.2 posisi tubuh pasien
Pastikan bahwa hitam saat-injection (I) dan merah tegangan-
detektor (V) elektroda setidaknya 7,5 cm. terpisah, masing-masing.
12
Z= V / I
Untuk anak-anak kecil, hal ini mungkin memerlukan penempatan
elektroda detektor tegangan sedikit di atas pergelangan tangan dan
pergelangan kaki.
Pastikan bahwa kabel perangkat tidak menyentuh tanah,
subjek, atau benda-benda logam, dan tidak diarahkan di dekat
peralatan tegangan tinggi (misalnya, monitor komputer).
Hubungkan injection arus (I) ke elektroda ditempatkan pada
tangan kanan dan kaki.
Hubungkan tegangan-detektor (V) ke elektroda ditempatkan
pada pergelangan tangan kanan dan pergelangan kaki.
Gambar 2.4.3 posisi pemasangan elektrode
2.5.3. Prosedur Pengukuran
1. Jangan makan selama 4 jam sebelum pengujian.
13
2. Jangan berolahraga selama 12 jam sebelum pengujian.
3. Jangan mengkonsumsi alcohol selama 24 jam sebelum pengujian.
4. Minum setidaknya 1 liter air satu jam sebelum ujian Anda.
5. Jangan minum kafein pada hari tes Anda.
6. Jangan mengenakan pantyhose.
2.6 Permodelan Bioimpedance
Sel tubuh terdiri dari dua bagian yaitu intraseluler dan
ekstraseluler. Air m erupakan konduktor di dalam tubuh dan menentukan
besar resistansi. Cairan elektrolit dalam tubuh terdiri dari air dan ion
bermuatan yang siap mengalirkan arus listrik. Cairan ekstraseluler (air dan
ion sodium Na+) dan cairan intraseluler (air dan ion potassium K+)
memberikan jalur dengan resistansi yang rendah. Membran sel dalam
kumpulan intraseluler menentukan besar reaktansi. Membran sel terdiri
dari sebuah lapisan non-conductive yaitu material lipophilic yang terletak
di antara dua lapisan molekul konduktif. Susunan tersebut berperilaku
seperti kapasitor tipis yang menyimpan muatan listrik pada arus bolak-
balik yang masuk. Model pendekatan rangkaian elektronika dari tiap sel
dapat digambarkan sebagai berikut :
14
Gambar : Model pendekatan rangkaian elektronika dari sel
Gambar di atas merupakan model dari satu sel, sedangkan jaringan
tubuh merupakan gabungan dari banyak sel dengan besar dan komposisi
yang berbeda menjadi sebuah ionic salt dissolution. Walaupun ada
perbedaan di tiap sel namun struktur tiap sel tersebut tetap, maka besarnya
arus yang melalui jaringan
tersebut dapat di tentukan. Seluruh sifat mikroskopik ini dapat
disederhanakan menggunakan model impedansi makroskopik yang
mencerminkan resistansi eksternal dan internal, dan kapasitansi membran.
Model pendekatan elektronik dari suatu jaringan tubuh yaitu sebagai
berikut:
Gambar : Model pendekatan elektronika dari suatu jaringan tubuh
Keterangan : R : Intracellular Resistance
Ci : Intracellular Reactance
Rme : Extracellular Resistance
2.6.1. Perancangan Sistem Instrumentasi Bioimpedance
Bagian elektrik pasif yang terdapat pada jaringan tubuh disebut
dengan bioimpedance. Untuk mengukur besarnya bioimpedance, pada
15
bagian tubuh tertentu akan dialiri arus listrik yang kecil melalui suatu
elektroda. Perubahan komposisi pada jaringan akibat adanya kontraksi
otot akan mempengaruhi besarnya impedansi pada jaringan tersebut.
Hal itu menyebabkan tegangan yang terbaca oleh elektroda akan
berubah-ubah sebanding dengan perubahan bioimpedance. Terdapat dua
bagian pada sistem instrumentasi pengukuran bioimpedance yaitu
rangkaian stimulasi dan detektor tegangan. Jantung sebagai organ tubuh
yang paling rentan terhadap pengaruh aliran arus listrik dan ada empat
batasan jika kita tersengat aliran listrik.
Gambar : reaksi tubuh terhadap besar arus listrik
Daerah 1 (0,1 sd 0,5mA) jantung tidak terpengaruh sama sekali
bahkan dalam jangka waktu lama.
16
Daerah 2 (0,5 sd 10 mA) jantung bereaksi dan rasa kesemutan
muncul dipermukaan kulit. Diatas 10mA sampai 200mA jantung tahan
sampai jangka waktu maksimal 2 detik saja.
Daerah 3 (200 sd 500mA) Jantung merasakan sengatan kuat dan
terasa sakit, jika melewati 0,5 detik masuk daerah bahaya.
Daerah 4 (diatas 500mA) jantung akan rusak dan secara permanen
dapat merusak sistem peredaran darah bahkan berakibat kematian.
2.6.2. Rangkaian Stimulasi
Stimulasi yang diberikan yaitu berupa sumber arus sinusoida
sebesar 0,5 mA dengan frekuensi 50 kHz. Sumber arus ini dibangkitkan
oleh rangkaian sine wave generator yang terhubung ke rangkaian
Voltage Controlled Current Source (VCCS). Rangkaian sine wave
generator terdiri dari pembangkit gelombang kotak dengan frekuensi 50
kHz, low pass filter dengan frekuensi cut-off 50 kHz, dan non-inverting
amplifier
Gambar : Rangkaian square wave generator
Pada dasarnya gelombang kotak merupakan kombinasi dari
banyak gelombang sinus dengan frekuensi dan amplitudo yang
17
bermacam-macam. Amplitudo terbesar dimiliki oleh gelombang sinus
yang frekuensinya paling rendah atau sama dengan frekuensi
gelombang kotak. Oleh karena itu digunakan rangkaian LPF dengan
frekuensi cut-off sebesar 50 kHz untuk mendapatkan gelombang sinus
dari gelombang kotak yang dihasilkan oleh square wave generator.
Gambar : Rangkaian Low Pass Filter
Tegangan sinusoidal yang dihasilkan dari rangkaian sine wave
generator kemudian dimasukkan ke rangkaian VCCS jembatan arus
Howland yang dimodifikasi. Rangkaian ini akan mengubah tegangan
sinus menjadi arus. Frekuensi arus sama dengan frekuensi tegangan
input, sedangkan besar arusnya diatur dengan menggunakan resistor
variabel yang terpasang pada rangkaian.
18
Gambar : Rangkaian VCCS jembatan Howland
Sumber arus ini kemudian diinjeksikan ke bagian tubuh. Penempatan
posisi elektroda akan mempengaruhi hasil pengukuran bioimpedance.
2.6.3. Rangkaian Instrument Detektor Tegangan
Perubahan bioimpedance didapat dari besar tegangan elektroda
positif (v2) terhadap referensi dan elektroda negative (v1) terhadap
referensi. Kedua tegangan tersebut kemudian dikuatkan dengan
seperangkat rangkaian instrumentation amplifier yang memiliki
Common Mode Rejection Ratio (CMRR) yang tinggi. Oleh karena itu
digunakan IC op-amp tipe LF412 dan LF355. Kedua IC ini memiliki
CMRR yang tinggi hingga 100 dB. Selain itu, IC ini juga memiliki
respon yang baik terhadap sinyal input frekuensi tinggi.
Gambar : Rangkaian Instrumentation Amplifier
Karena hasil perubahan bioimpedance dimodulasikan pada
frekuensi 50 KHz, pasti akan terdapat gangguan pada frekuensi rendah
19
akibat dari adanya sinyal otot (EMG) yang ikut terukur dan
pergerakan-pergerakan artefak. Untuk memperbaikinya, tegangan yang
terukur dimasukkan ke rangkaian band pass filter dengan frekuensi
center-nya terletak di sekitar 50 kHz. Rangkaiannya ditunjukkan pada
gambar 14. Nilai absolut dari bioimpedance akan dihasilkan dengan
menggunakan rangkaian rectifier. Rangkaian penguat tegangan akhir
juga dipasang setelah rangkaian rectifier sebagai kalibrator tegangan
agar didapatkan range tegangan keluaran antara 0 sampai 5 Volt.
rangkaiannya ditunjukkan pada gambar 15
Gambar : Rangkaian Band Pass Filter
20
Gambar : Rangkaian AC to DC Converter
Hasil pengukuran bioimpedance ini kemudian dikirim ke sistem
mikrokontroler menggunakan 8 bit Analog to Digital Converter (ADC).
Frekuensi sampling ADC diatur sedemikian rupa oleh mikrokontroler
agar didapatkan data yang akurat.
2.7. Rangkaian Mikrokontroller AT89s51
Penggunaan IC AT 89S51 memiliki beberapa keuntungan dan
keunggulan, antara lain tingkat kendala yang tinggi, komponen hardwere
eksternal yang lebih sedikit, kemudahan dalam pemrograman. Dan hemat
dari segi biaya. IC AT 89S51 memiliki program internal yang mudah
untuk dihapus dan diprogram kembali secara berulang – ulang. Pada
pesawat ini IC AT 89S51 berfungsi sebagai sentral control dari segala
aktivitas pesawat. Mulai dari timer untuk mengontrol lamanya elektroda
bekerja. Pada pesawat ini IC AT 89S51 ini juga dimanfaatkan sebagai
pengubah suhu sensor suhu untuk dikonversikan dalam satuan kadar
mineral yang ditampilkan dalam display berupa seven segment.
21
U3
AT89S51
RST9
XTAL218XTAL119
PSEN29 ALE/PROG30
EA/VPP31
P1.01
P1.12
P1.23
P1.34
P1.45
P1.56
P1.67
P1.78
P2.0/A821
P2.1/A922
P2.2/A1023
P2.3/A1124
P2.4/A1225
P2.5/A1326
P2.6/A1427
P2.7/A1528
P3.0/RXD10
P3.1/TXD11
P3.2/INT012
P3.3/INT113
P3.4/T014
P3.5/T115
P3.6/WR16
P3.7/RD17
P0.0/AD039
P0.1/AD138
P0.2/AD237
P0.3/AD336
P0.4/AD435
P0.5/AD534
P0.6/AD633
P0.7/AD732
Gambar : IC AT 89S51
Beberapa fungsi dari kaki pin pada IC mikrokontroler AT89S51 yaitu :
1. Port 0
Port 0 adalah 8 bit open drain bi-directional port I/O. pada saat
sebagai port output, tiap pin dapat dilewatkan ke-8 input TTL. Ketika
logika satu dituliskan pada port 0, maka pin-pin ini dapat digunakan
sebagai input yang berimpendansi tinggi. Port 0 dapat dikonfirmasikan
untuk demultiplex sebagai jalur data/addres bus selama membaca ke
program eksternal dan memori data. Pada mode ini P0 mempunyai
internal Pullup. Port 0 juga enerima kode bytre selama pemograman
Flash. Dan mengeluarkan kode byte selama verifikasi program.
2. Port 1
Port 1 adalah 8 bit bi-directional port I/O dengan internal Pullup.
Port 1 mempunyai output yang dapat dihubungkan dengan 4 TTl input.
Ketika logika ‘1’ dituliskan ke port 1, pin ini di pull hight dengan
menggunakan internal pullup dan dapat digunakan sebagai input. Port 1
juga menerima addres bawah selama pemrograman Flash dab verifikasi.
3. Port 2
22
Port 2 adalah 8 bit bi directional port I/O dengan Pullup. Port 2
output buffer dapat melewatkan empat TTL input. Ketika logika satu
dituliskan ke port 2, maka mereka dipull hight dengan internal Pullup dan
dapat digunakan sebagai input.
4. Port 3
Port 2 adalah 8 bit bi directional port I/O dengan Pullup. Output
buffer dari Port 3 dapat dilewati empat input TTL. Ketika logika satu
dituliskan keport 3, maka mereka akan dipull hight dengan internal
pullup dan dapat digunakan sebagai input. Port 3 juga mempunyai
berbagai macam fungsi/fasilitas. Port 3 juga menerima beberapa sinyal
kontrol untuk pemrograman Flash dab verifikasi.
5. RST
Input reset. Logika hight pada pin ini akan mereset siklus mesin
(IC).
6. ALE/PROG.
Pulsa output Addres Latch Enable digunakan untuk lantching byte
bawah dari addres selama mengakses ke eksternal memory. Pin ini juga
merupakan input pulsa program selama pemrograman Flash. Jika
dikehendaki, operasi ALE dapat didisable dengan memberikan setting bit
0 dari SFR pada lokasi 8EH. Dengan Bit Set, ALE disable, tidak akan
mempengaruhi jika mikrokontroler pada mode eksekusi eksternal.
7. PSEN
23
Program Store Enable merupakan sinyal yang digunakan untuk
membaca program memory eksternal. Ketika 8951 mengeksekusi kode
dari program memory eksternal, PSEN diaktifkan dua kali setiap siklus
mesin.
8. EA/VPP
Eksternal Acces Enable, EZ harus diposisikan ke GND untuk
mengaktifkan divais untuk mengumpankan kode dari program memory
yang dimulai pada lokasi 0000h sampai FFFFh. EA harus diposisikan ke
VCC untuk eksekusi program internal. Pin ini juga menerima tegangan
pemrograman 12 volt (Vpp) selama pemrograman Flash.
9. XTAL1
Input untuk oscillator inverting amplifier dan input untuk inte rnal
clock untuk pengoperaian rangkaian.
10. XTAL2
Output dari inverting oscillator amplifier.
24
Gambar : Skematik Rangkaian Target Mikrokontroler AT89s51
2.8. Rangkaian ADC
ADC merupakan salah satu piranti penting dalam suatu sistem
akuisi data analog menjadi data digital untuk kemudian diolah dalam
perangkat yang berbasis digit. ADC dituntut mampu mengubah data
analog menjadi data digital dengan kepresisian yang tinggi dimana
sampling analog yang diambil harus mampu mewakili kondisi analog yang
sebenarnya sehingga ketika data diubah informasinya yang ditampilkan
dalam bentuk digital memiliki error yang sangat kecil terhadap kondisi
sebenarnya
Gambar :. Rangkaian ADC 0804
2.9 Rangkaian LCD (Liquid Cristal Display)
25
100 Koh
m
100 Koh
m
U 3
A D C 0 8 0 4+IN
6 -I N7
V R E F / 29
D B 71 1
D B 61 2
D B 51 3
D B 41 4
D B 31 5
D B 21 6
D B 11 7
D B 01 8
C L K R1 9
V C C / V R E F2 0
C L K I N4
IN TR5C S
1
R D2 W R3
R 2P O T
V C C
150
pF
V C C
P 2
P 1 . 3
Gambar : Koneksi Rangkaian LCD Character 2 x 16
LCD adalah sebuah display dot matrix yang difungsikan untuk
menampilkan tulisan berupa angka atau huruf sesuai dengan yang
diinginkan (sesuai dengan program yang digunakan untuk
mengontrolnya). Pada tugas akhir ini penulis menggunakan LCD dot
matrix dengan kharakter 2 x 16, sehingga kaki-kakinya berjumlah 16 pin.
LCD yang penulis gunakan adalah M1632, yang mana digunakan untuk
menampilkan hasil konsentrasi. LCD ini hanya memerlukan daya yang
sangat kecil, tegangan yang dibutuhkan juga sangat rendah yaitu +5 VDC.
Panel TN LCD untuk pengaturan kekontrasan cahaya pada display dan
CMOS LCD drive sudah terdapat di dalamnya. Semua fungsi display
dapat dikontrol dengan memberikan instruksi dan dapat dengan mudah
dipisahkan oleh MPU. Ini membuat LCD berguna untuk range yang luas
dari terminal display unit untuk mikrokomputer dan display unit
measuring gages.
Tabel : Fungsi Pin Pada LCD
No. Symbol Level Keterangan
1 Vss - Dihubungkan ke 0 V (Ground)
2 Vcc -Dihubungkan dengan tegangan supply +5V dengan
toleransi ± 10%.
26
3 Vee - Digunakan untuk mengatur tingkat kontras LCD.
4 RS H/LBernilai logika ‘0’ untuk input instruksi dan bernilai
logika ‘1’ untuk input data.
5 R/W H/LBernilai logika ‘0’ untuk proses ‘write’ dan bernilai
logika ‘1’ untuk proses ‘read’.
6 E HMerupakan sinyal enable. Sinyal ini akan aktif pada
failing edge dari logika ‘1’ ke logika ‘0’.
7 DB0 H/L Pin data D0
8 DB1 H/L Pin data D1
9 DB2 H/L Pin data D2
10 DB3 H/L Pin data D3
11 DB4 H/L Pin data D4
12 DB5 H/L Pin data D5
13 DB6 H/L Pin data D6
14 DB7 H/L Pin data D7
15 V+BL -Back Light pada LCD ini dihubungkan dengan
tegangan sebesar 4 – 4,2 V dengan arus 50 – 200 mA
16 V-BL -Back Light pada LCD ini dihubungkan dengan
ground
Cara kerja menjalankan LCD :
Langkah 1 : Inisialisasi LCD.
Langkah 2 : Arahkan pada alamat yang dikehendaki (lihat tabel alamat).
27
Langkah 3 : Tuliskan data ke LCD, maka karakter akan tampil pada alamat
tersebut.
Beberapa fungsi instruksi dari LCD, yaitu :
1. Display Clear.
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
Display Clear membersihkan semua tampilan dan
mengembalikan cursor pada posisi semula (address 0). Ruang kode 20
(heksadesimal) ditulis ke semua alamat dari DD RAM, dan alamat 0 dari
DD RAM diset ke AC (Address Counter). Jika diubah, display akan
kembali ke posisi semula. Setelah perintah eksekusi pada Display Clear,
mode entry akan ditambahkan.
2. Cursor Home.
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0 0 0 0 0 0 0 1 *
* : invalid bit
Cursor Home mengembalikan cursor ke posisi semula (address
0). DD RAM alamat 0 diset ke AC dan cursor kembali ke posisi
semula.Isi DD RAM jangan dirubah. Jika cursor sedang ON, maka akan
kembali ke sebelah kiri.
3. Entry Mode Set.
28
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S
Entry Mode Set diset untuk menunjukkan perpindahan cursor dan
apakah display akan dirubah.
I/D : ketika I/D = 1, alamat akan ditambah satu dan cursor berpindah
ke kanan. Ketika I/D = 0, alamat akan dikurangi satu dan cursor
berpindah ke kiri.
S : ketika S = 1 dan I/D = 1, display berpindah ke kiri.
ketika S = 1 dan I/D = 0, display berpindah ke kanan.
ketika S = 0 , display tak berpindah.
4. Display ON/OFF Control.
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0 0 0 0 0 1 D C B
Display ON/OFF Control mengembalikan total dispay dan cursor ON
dan OFF, dan membuat posisi cursor mulai berkedip.
D : ketika D = 1, display ON
ketika D = 0, display OFF
C : ketika C = 1, cursor ditampilkan
ketika C = 0, cursor tidak ditampilkan
B : ketika B = 1, karakter pada posisi cursor berkedip
ketika B = 0, karakter pada posisi cursor tidak berkedip
29
Contoh : C = 1 (cursor display)
Cursor
B = 1 (blinking)
Gambar 2.14 Penampakan Cursor pada LCD
5. Cursor/ Display Shift
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *
* : invalid bit
-0000000000067 Cursor Disply Shift memindah cursor dan mengubah
display tanpa merubah isi dari DD RAM. Berikut ini tabel penunjukan
cursor, yaitu :
Tabel : Penunjukkan cursor
S/C R/L Operasi
0 0 Posisi cursor dipindah ke kiri
0 1 Posisi cursor dipindah ke kanan
1 0 Semua display dipindah ke kiri dengan cursor
1 1 Semua display dipindah ke kanan dengan cursor
30
6. Function Set.
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0 0 0 1 DL 1 * * *
* : invalid bit
Function Set digunakan untuk mengeset pemisahan data
length. DL : ketika DL =1, data length diset untuk 8 bit (DB7 sampai
DB0). Ketika DL =0, data length diset untuk 4 bit (DB7 sampai DB4).
Untuk bit atas ditransfer lebih dulu, kemudian dilanjutkan bit bawah.
Tabel : Posisi Karakter Pada LCD Karakter 2 X 16
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 8a 8b 8c 8d 8e 8f
C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 Ca Cb Cc Cd Ce Cf
3.0 Keypad 4x4
Keypad sering digunakan sebagi suatu input pada beberapa
peralatan yang berbasis mikroprosessor atau mikrokontroller. Keypad
sesungguhnya terdiri dari sejumlah saklar, yang terhubung sebagai baris
dan kolom dengan susuan seperti yang ditunjukkan pada gambar 7.1.
Agar mikrokontroller dapat melakukan scan keypad, maka port
mengeluarkan salah satu bit dari 4 bit yang terhubung pada kolom dengan
logika low “0” dan selanjutnya membaca 4 bit pada baris untuk menguji
jika ada tombol yang ditekan pada kolom tersebut. Sebagai konsekuensi,
31
selama tidak ada tombol yang ditekan, maka mikrokontroller akan melihat
sebagai logika high “1” pada setiap pin yang terhubung ke baris.
BAB III
KERANGKA KONSEPTUAL
3.1. Diagram mekanis
32
LCD
KEYPAD 4x4(TINGGI BADAN)(BERAT BADAN)
(UMUR)(START PROSES)
TOMBOL PEMILIHAN LAKI-LAKI DAN
PEREMPUAN
RESET
POWER METER
Gambar : tampak depan
Gambar : tampak belakang
3.2. Diagram Blok
33
SINE WAVE GENERATOR VCCS ELEKTRODE PASIEN
BPF
INSTRUMEN
AC TO DC CONVERTER
OP AMPNON - INV
MIKROKONTROLLER AT 89s51
DISPLAYLCD 4 x 16
ADC
PROBE ELEKTRODEPOWER ON/OFF
DAN FUSE
AC 220 PLN
SELECTORCHARGE
DISPLAYARUS
Cara Kerja Blok Diagram:
Saat power ON, pilih saklar pemilihan pada posisi charge atau
measure. Saat saklar pada posisi charge maka baterai tersambung dengan
catu daya dan dapat dilakukan pengisian baterei dengan menyambungkan
konektor power dengan jala – jala listrik PLN, jika baterai sudah penuh
maka indikator charge full akan menyala. Saat saklar pada posisi measure,
maka baterai akan memberikan supply tegangan kesemua rangkaian
sehingga kondisi tegangan baterai dapat dilihat pada lampu power meter.
Lalu lakukan pemilihan untuk laki-laki / perempuan, setelah dilakukan
34
KEYPAD 4x4(TINGGI BADAN)(BERAT BADAN)
(UMUR)
LAKI - LAKI
RESET
START PROSESPEREMPUAN
BATERAI
POWER SUPPLY
PLN
pemilihan maka tekan tombol start proses dan kemudian squar wave
generator mengeluarkan frekuaensi dan masuk pada rangkaian VCCS
sehinnga di dpatkan arus yang akan di masukkan kedalam tubuh pasien.
Kemudian di deteksi oleh rangkaian instrumen yang kemudian di filter
oleh rangkaian BPF dan dikuatkan oleh Op-amp, setelah itu tegangan
masuk ke rangkaian AC to DC converter dan kemudian masuk ke blok
ADC yang akan merubah/mengkonversi tegangan dari sensor yang berupa
tegangan analog menjadi tegangan digital untuk kemudian dapat diolah
oleh mikrokontroler untuk di jadikan hasil perhitungan total body water
dan precentece body fat. Dan hasil perhitungan akan ditampilkan oleh
LCD. Untuk mereset maka tekan tombol “ RESET ”.
3.3. Diagram Alir Program
35
BEGIN
PARAMETER INPUT
PARAMETERINPUT
INISIALISASI LCD
AMBIL DATAIMPEDANCE
AMBIL DATAIMPEDANCE
HASIL 1
HASIL 2
START PROSES
HASIL TBWBODY FAT
END
BELUM
YA YA
BELUM
PEREMPUAN
LAKI- LAKI
Penjelasan Flowchart ;
a) Awal perintah dengan memanggil begin.
b) Pilih jenis kelamin
c) Lakukan setting parameter input
d) ambil data impedance selama waktu yang telah ditentukan.
e) Tekan tombol start maka proses pengambilan data impedance
berlangsung.
f) Hasil total body water dan precentace body fat ditampikan pada LCD
g) END.
36
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1. Desain Penelitian
Dalam rencana pembuatan modul ini terlebih dahulu penulis
mengadakan persiapan-persiapan yaitu mencari literatur di internet karena
melihat kondisi saat ini banyak orang dewasa dan anak-anak yang
mengalami obesitas selain itu penulis juga konsultasi dengan dosen-dosen
37
Kemudian penulis mempelajari teori yang ada hubungannya dengan
permasalahan yang dibahas.
Di samping itu penulis juga melakukan hal-hal berikut :
4.1.1 Berkonsultasi kepada dosen-dosen yang bersangkutan dengan judul
TA
4.1.2 Mempelajari dan merancang teknis pembuatan modul tersebut
4.1.3 Membuat blok diagram dan diagram alir
4.1.4 Mengadakan survey komponen
4.1.5 Merencanakan anggaran biaya yang diperlukan
4.1.6 Membuat jadwal kegiatan untuk mengatur waktu pembuatan
modul
4.2. Jenis Penelitian
Dalam penelitian ini, penulis menggunakan metode penelitian
desain pre-eksperimental.
4.3. Variabel Penelitian
4.3.1. Variabel Bebas
Sebagai variabel bebas yaitu berat badan pasien,tinggi badan
pasien dan umur.
4.3.2. Variabel Tergantung
38
Sebagai variabel tergantung yaitu electrode dan jenis kelamin
karena hasil yang ditampilkan akan tergantung dari kedua inputan
tersebut.
4.3.3. Variabel Terkendali
Variabel terkendali yaitu LCD yang dikendalikan oleh AT89s51
untuk menampilkan berat badan dan perhitungan TBW dan perhitungan
PBF.
4.4. Persiapan Alat dan Bahan
Menyiapkan suatu bahan merupakan salah satu hal yang sangat
penting dalam menunjang keberhasilan pembuatan suatu rangkaian
elektronika, yang perlu diperhatikan dalam kegiatan ini diantaranya adalah
data teknisi dan karakteristik komponen elektronika, harga maupun faktor
ada tidaknya komponen tersebut di pasaran. Karena perlu dilakukan
perhitungan-perhitungan yang cermat, survey lapangan maupun
mempelajari data pada Data Sheet Book komponen-komponen yang akan
kita butuhkan dalam pembuatan modul tersebut.
Berikut ini disampaikan data bahan-bahan yang diperlukan dalam
pembuatan modul ini :
Tabel : Tabel Daftar Komponen
No Nama Komponen Jumlah
IC AT89S51
LCD 4x16
elektrode
1
1
1
39
Dioda kuprox 3 Ampere
Kristal 12 MHz
Dioda IN4004
Dioda Zener 4,7Volt
Keypad 4x4
Resistor :
a. 1 KΩ
b. 10 KΩ
c. 100 KΩ
Capasitor :
a. 150 pF
b. 30 pF
c. 10 uf
4
8
1
2
1
3
10
10
10
2
5
6
2
Sebagai penujang dalam melaksanakan pembuatan modul,
pengukuran, pengamatan, maupun pengujian digunakan beberapa peralatan.
Peralatan tersebut antara lain adalah sebagai berikut :
1. Alat ukur :
Multimeter Skala
Multimeter Digital
Gelas ukur
2. Alat elektrik :
Solder dan Timah
Penyedot timah
40
Bor PCB
Bor tangan
Power suply
3. Alat Bantu mekanik :
Obeng
Tang
Kunci pas
Gergaji
Toolset
Dll
4.5. Tempat dan Waktu Pembuatan Modul
4.5.1. Tempat Pembuatan Modul
Pembuatan modul tugas akhir ini dilakukan di kampus
Teknik Elektromedik POLTEKKES Surabaya khususnya di ruang
Workshop Elektromedik.
Tabel 4.2 Jadwal Kegiatan
Kegiatan Okt Nov Des Jan Feb Mar April Mei Juni Juli
I √
II √ √
III √ √ √ √ √
41
IV √ √
V √
Keterangan:
I. Penentuan judul
II. Studi Literatur dan Pembuatan Proposal
III. Pembuatan Modul
IV. Seminar Awal
V. Ujian Sidang dan Pengumpulan Karya Tulis Ilmiah (KTI)
DAFTAR PUSTAKA
1. Hermann L. Ueber eine Wirking galvanischer Strome auf Muskeln
und Nerven. Pflugers Arch gesamte Physiol 1871;5:223–75.
2. Thomasset A. Bio-electrical properties of tissues. Lyon Med
1963;209:1325–52.
3. Thomasset A. Bio-electrical properties of tissue impedance
measurements. Lyon Med 1962;207:107–18.
4. Hoffer EC, Clifton KM, Simpson DC. Correlation of wholebody
impedance with total body volume. J Appl Physiol 1969;27:531–4.
5. Nyboer J. Electrical impedance plethysmograph, 2nd ed.
Springfield, IL: CC Thomas; 1970.
6. Boulier A, Fricker J, Thomasset A-L, Apfelbaum M. Fat-free
42
mass estimation by the two-electrode impedance method. Am J Clin Nutr
1990;52:581–5.
7. Gudivaka R, Schoeller DA, Kushner RF, Bolt MJ. Single- and
multifrequency models for bioelectrical impedance analysis of body water
compartments. J Appl Physiol 1999;87: 1087–96.
8. Cole KS. Dispersion and absorption in dielectrics. I.Alternating
current characteristics. J Chem Phys 1941;9:341–951.
9. De Lorenzo A, Andreoli A, Matthie J, Withers P. Predicting body cell
mass with bioimpedance by using theoretical methods: a technological
review. J Appl Physiol 1997;85: 1542–58.
10. Ward LC, Elia M, Cornish BH. Potential errors in the application of
mixture theory to multifrequency bioelectricalimpedance analysis. Physiol
Meas 1998;19: 53–60.
11. Fuller NJ, Hardingham CR, Graves M, et al. Predicting composition of leg
sections with anthropometry and bioelectrical impedance analysis, using
magnetic resonance imaging as reference. Clin Sci 1999;96:647–57.
43