JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

1

Abstrak—Dengan berkembangnya teknologi pada

dunia medis, telah banyak perangkat medis yang dapat

diintegrasikan dengan perangkat lain, salah satunya

adalah integrasi dengan aplikasi pada perangkat

bergerak. Sistem tersebut akan dapat digunakan secara

individu dengan mudah oleh pengguna. Pengawasan

detak jantung merupakan aspek penting bagi kesehatan.

Pengawasan biasanya dilakukan dengan cara melakukan

pemeriksaan rutin di rumah sakit menggunakan

perangkat yang disebut Electrocardiogram (ECG). ECG

tersebut dapat menghasilkan data secara akurat, namun

perangkat tersebut sangat mahal dan tidak bisa dibawa

kemana-mana karena hanya bisa dilakukan dengan

kunjungan rutin ke rumah sakit.

Dengan adanya aplikasi visualisasi detak jantung

yang diperoleh dari ECG, maka akan dapat membantu

penggunanya untuk melakukan pengawasan detak

jantung secara rutin dan mandiri karena pengguna dapat

mengirimkan data hasil proses visualisasi detak jantung

kepada dokter melalui email dan pengguna dapat

memperoleh informasi hasil diagnosa dari dokter yang

bersangkutan. Selain itu, pada aplikasi ini terdapat fitur

untuk menunjukkan informasi lokasi rumah sakit dan

dokter terdekat. Kata kunci — Electrocardiogram, Mikrokontroler, Aplikasi

pada Perangkat Bergerak.

I. PENDAHULUAN

engan adanya perkembangan medis yang begitu pesat di

kalangan masyarakat modern, sistem atau perangkat

yang digunakan untuk penanganan di bidang kesehatan

menjadi semakin canggih dan profesional. Migrasi teknologi

yang digunakan pada klinik atau rumah sakit menjadi suatu

sistem atau perangkat yang dapat digunakan secara individu

dengan mudah. Untuk mendesentralisasikan beban sistem

kesehatan masyarakat saat ini dan mempromosikan

popularitas dari pemeriksaan kesehatan secara mandiri dan

rutin, banyak cara yang sudah dikembangkan untuk

mempermudah dan mempercepat diagnosa suatu penyakit

dengan akurat.

Dewasa ini, perangkat mobile sudah mulai diintegrasikan

dengan berbagai macam perangkat keras pendukung untuk

menyediakan fungsi yang lebih banyak untuk pengguna, yang

juga mengarah pada integrasi sebuah perangkat pendeteksi

detak jantung yang akan memonitor detak jantung dari

seorang pengguna.

Pengawasan detak jantung merupakan suatu aspek penting

bagi manusia. Pengawasan ini biasanya dilakukan dengan

cara pemeriksaan kesehatan di rumah sakit. Namun demikian,

terdapat berbagai situasi di mana detak jantung tidak dapat

dimonitor ketika sedang berada di rumah, di kantor, atau

bahkan sedang mengemudi kendaraan ataupun ketika sedang

berolahraga secara terus-menerus. Biasanya pengawasan

detak jantung dilakukan di rumah sakit dengan menggunakan

perangkat yang disebut ECG (Electrocardiogram). Meskipun

ECG tersebut dapat menghasilkan data secara akurat, namun

perangkat tersebut sangatlah mahal dan tidak bisa dibawa

kemana-mana karena hanya bisa dilakukan dengan kunjungan

rutin ke rumah sakit. Untuk memecahkan masalah ini, maka

pada paper ini dibuat suatu sistem yang dapat

memvisualisasikan detak jantung dari alat ECG ke aplikasi

mobile dengan memanfaatkan mikrokontroler sebagai sensor.

Sistem ini dapat menyimpan data hasil rekam detak jantung.

Data tersebut dapat dikirim ke dokter melalui fasilitas

pengiriman email yang disediakan di dalam aplikasi dan

dapat dibuka kembali untuk melihat hasil visualisasinya

melalui aplikasi ini. Selain itu, pada aplikasi ini juga terdapat

fitur untuk memberikan informasi lokasi rumah sakit dan

dokter terdekat dengan tujuan dapat membantu pengguna jika

dalam keadaan darurat.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Electrocardiogram (ECG)

Electrocardiogram (ECG) adalah representasi dari suatu

sinyal yang dihasilkan oleh aktifitas listrik otot jantung. EKG

ini merupakan rekaman informasi kondisi jantung yang

diambil dengan memasang electroda pada badan. Rekaman

EKG ini digunakan oleh dokter ahli untuk menentukan kodisi

jantung dari pasien. Sinyal EKG direkam menggunakan

perangkat elektrokardiograf. Tindakan pemeriksaan

elektrokardiogram disebut elektrokardiografi. Tes ECG

atau pemeriksaan ECG biasanya dilakukan oleh dokter, hasil

ECG dinilai oleh dokter spesialis misalnya spesialis penyakit

HeartDroid: Rancang Bangun Visualisasi

Electrocardiogram (ECG) menggunakan

Mikrokontroler Arduino

Muhammad Faridh Dj., Ary Mazharuddin S., Hudan Studiawan

Teknik Informatika, Teknologi Informasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia

e-mail: ary.shiddiqi@cs.its.ac.id

D

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

2

jantung, spesialis penyakit dalam, spesialis elektrofisiologi,

spesialis anestesi, atau spesialis bedah. ECG adalah tes

kesehatan yang umum yang merupakan bagian dari check-up

kesehatan berkala [1].

B. Mikrokontroler ARM STM32F4-series (Cortex-M4)

STM32 adalah mikrokontroler buatan

STMicroelectronics menggunakan arsitektur 32 Bit RISC

berdasarkan ARM core buatan ARM Holdings. STM32

terbagi dalam beberapa jenis core, seperti Cortex-M4F,

Cortex-M3, Cortex-M0+ dan Cortex-M0. Tidak seperti AVR

dan PIC yang tersedia dalam package DIP dan SMD, semua

variant STM32 hanya tersedia dalam package SMD ( TQFP,

QFP, FQFP, LQFP). Sehingga cukup menyulitkan bagi

pengembang yang ingin membuat rangkaian menggunakan

breadboard (protoboard).

STM32 terbagi menjadi bererapa varian sebagai berikut:

1. STM32 L1-series (Cortex-M3)

2. STM32 F0-series (Cortex-M0)

3. STM32 F1-series (Cortex-M3)

4. STM32 F2-series (Cortex-M3)

5. STM32 F4-series (Cortex-M4)

6. STM32 F3-series (Cortex-M4)

Varian yang sering sekali digunakan didalam proyek

opensource dan edukasi adalah STM32 F1, STM32 F3 dan

STM32 F4. Beberapa seri mikrokontroler dari keluarga

STM32 F4-series ada STM32F407VGT6 dan

STM32F405RGT6.

STM32 F4-series adalah kelompok pertama dari STM32

mikrokontroler berdasarkan inti ARM Cortex-M4F. F4-series

juga merupakan seri STM32 yang pertama yang memiliki

DSP dan instruksi floating point. F4 merupakan seri yang

kompatibel dengan STM32 F2-seri apabila komunikasi

secara pin-to-pin dan memiliki kecepatan clock yang lebih

tinggi, 64K CCM RAM statis, full duplex I²S, meningkatkan

real-time clock, dan memiliki ADC yang lebih cepat[2].

Pada paper ini, mikrokontroler yang digunakan adalah

mikrokontroler STM32F4 Discovery. STM32F4 Discovery

adalah development board dengan mikrokontroler ARM

Cortex-M4 yang memiliki tingkat kecepatan clock sampai

dengan 168 MHz, mampu mengeksekusi perintah sampai

dengan 210 MIPS (Million Instruction per Second).

Mikrokontroller ini memiliki 1 MByte Flash PEROM (Flash

Programmable and Eraseble Read Only Memory), 192

Kbyte SRAM, 100 pin, 5 buah port I/O yang mana setiap pin

dalam masing masing port dapat diprogram tersendiri,

memiliki dua belas buah timer/counter 16 bit dan dua buah

timer/counter 32 bit. Mikrokontroler STM32F4 Discovery

dapat dilihat pada Gambar. 1.

III. PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK

A. Arsitektur Perangkat Lunak

Pada Gambar 2 di atas merupakan arsitektur sistem

yang akan dibangun pada Tugas Akhir ini. Aplikasi ini

berjalan pada saat elektroda yang ada pada alat ECG

dipasang di bagian tertentu pada tubuh manusia. Kemudian

sinyal dari ECG akan diterima dan diterjemahkan dari sinyal

analog ke digital oleh mikrokontroler. Proses ini dinamakan

signal conditioning. Sinyal tersebut nantinya direkam dan

akan dikirim melalui bluetooth ke perangkat mobile secara

real-time untuk melihat hasil visualisasi sinyal detak jantung

dalam bentuk grafik. Data dari hasil dari visualisasi detak

jantung dapat disimpan dan dibuka kembali apabila

pengguna membutuhkannya. Setelah selesai maka pengguna

dapat mengirim email yang isinya data hasil visualisasi detak

jantung yang baru saja dilakukan ke alamat email dokter

yang telah disimpan sebelumnya.

Selain itu, aplikasi ini juga menyediakan fitur

pendukung, dimana aplikasi ini akan menunjukan lokasi

rumah sakit terdekat apabila dalam keadaan darurat. Aplikasi

akan memanfaatkan layanan dari Google places API yang

dapat digunakan untuk mengetahui lokasi seseorang dengan

cara memperoleh posisi longitude dan latitude pengguna

tersebut. Begitu pula dengan menentukan lokasi rumah sakit.

Layanan tersebut memanfaatkan sistem GPS yang terdapat

pada Android dan menggunakan Google Maps sebagai

penentu lokasi.

Gambar. 1. STM32F4 Discovery

Gambar. 2. Arsitektur Perangkat Lunak

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

3

B. Deskripsi Alur Sistem

Pada sistem ini hanya terdapat 1 aktor, yaitu pengguna.

Pengguna adalah aktor yang dapat menggunakan semua fitur

yang ada pada sistem visualisasi detak jantung. Proses

dimulai pada saat elektroda yang ada pada alat ECG dipasang

di bagian atau titik-titik tertentu pada tubuh manusia.

Kemudian sinyal dari ECG akan diterima dan diterjemahkan

dari sinyal analog ke digital oleh mikrokontroler. Proses ini

dinamakan signal conditioning. Sinyal tersebut dikirim

melalui bluetooth module yang juga telah terpasang pada

mikrokontroler ke perangkat bergerak dan akan ditampilkan

dalam bentuk grafik secara real-time. Berikut adalah alur

diagram sistem pada proses visualisasi detak jantung

ditunjukan pada Gambar. 3.

C. Fitur Aplikasi

Aplikasi HeartDroid memiliki beberapa fitur sebagai

berikut:

1. Menampilkan grafik hasil visualisasi dari ECG.

2. Menyimpan data detak jantung.

3. Melihat kembali grafik hasil visualisasi detak jantung dari

ECG dari data detak jantung yang telah disimpan.

4. Mengirim email hasil data detak jantung.

5. Menampilkan informasi lokasi rumah sakit dan dokter

terdekat.

IV. IMPLEMENTASI

A. Implementasi Aplikasi

Berikut ini akan dijabarkan tentang implementasi fitur

yang terdapat pada aplikasi.

1. Impelementasi fitur menampilkan grafik hasil visualisasi

terdapat pada Gambar .4.

2. Implementasi fitur menyimpan data detak jantung terdapat

pada Gambar .5.

3. Implementasi fitur melihat grafik hasil visualisasi detak

jantung dari data yang telah disimpan terdapat pada

Gambar .6.

4. Implementasi fitur mengirim email hasil data detak jantung

terdapat pada Gambar .7.

5. Impelementasi fitur menampilkan informasi lokasi rumah

sakit dan dokter terdekat terdapat pada Gambar .8.

Mempersiapkan

EKG

Menghubungkan

dengan

Mikrokontroler

Melakukan Login

pada Aplikasi Mobile

HeartDroid

Klik Menu

Heart Rate

Klik Tombol

Connect

Cek

Bluetooth

AKtif

Aktifkan

Bluetooth

Melakukan Scan

Paired Device

Melihat Grafik

Secara Real-

Time

Menampilkan Hasil

scan paired Device

dan memilih device

yang akan

disambungkan

Memilih device

yang akan

disambungkan

Klik

Tombol

Disconnect

NO YES

MULAI

SELESAI

Gambar. 3. Diagram Alir Kasus Penggunaan Melakukan Pencarian Diskon

byte[] readBuf = (byte[]) msg.obj; String strIncom = new String(readBuf, 0, 1); String cek = toBinary(strIncom.getBytes()); int nilaiy= Integer.parseInt(cek.substring(0,8),2); Series.appendData(new GraphViewData(graph2LastXValue,(double)nilaiy),AutoScrollX);

Gambar. 4. Implementasi Fitur Menampilkan Grafik Hasil Visualisasi ECG

File file = Environment.getExternalStorageDirectory(); File filename = new File(file, namaFile+".txt"); BufferedWriter writer; writer = new BufferedWriter(new FileWriter(filename, true)); writer.write(Integer.toString(nilaiy)); writer.newLine(); writer.close();

Gambar. 5. Implementasi Fitur Menyimpan Data Detak Jantung

File file = Environment.getExternalStorageDirectory(); FileReader fin; fin = new FileReader(m_chosen); Scanner src = new Scanner(fin); while (src.hasNext()) { if (src.hasNextInt()) { i = src.nextInt(); Series.appendData(new GraphViewData(x+=0.01,(double)i),AutoScrollX); } fin.close();}

Gambar. 6. Implementasi Fitur Melihat Hasil Visualisasi Detak Jantung dari Data

yang Disimpan

protected void sendEmail() { String[] recipients = {recipient.getText().toString()}; Intent email = new Intent(Intent.ACTION_SEND, Uri.parse("mailto:")); email.setType("message/rfc822"); email.putExtra(Intent.EXTRA_EMAIL, recipients); email.putExtra(Intent.EXTRA_SUBJECT,subject.getText().toString());email.putExtra(Intent.EXTRA_TEXT,body.getText().toString()); try {startActivity(Intent.createChooser(email, "Choose an email client from...")); } catch

(android.content.ActivityNotFoundException ex) {Toast.makeText(SendEmail.this, "No email client installed.",Toast.LENGTH_LONG).show();}}

Gambar. 7. Implementasi Fitur Pengiriman Email

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

4

B. Implementasi Mikrokontroler

Mikrokontroler merupakan sebuah perangkat berupa chip

yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian elektronik dan

umumnya dapat menyimpan program didalamnya.

Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU (Central

Processing Unit), memori, I/O tertentu dan unit pendukung

seperti Analog-to-Digital Converter (ADC) yang sudah

terintegrasi di dalamnya. Kelebihan utama dari

mikrokontroler ialah tersedianya RAM dan peralatan I/O

pendukung sehingga ukuran board mikrokontroler menjadi

sangat ringkas.

Mikrokontroler yang telah diimplementasikan akan

menerima data berupa tegangan listrik dari ECG yang sedang

dipasangkan pada tubuh manusia dan nantinya setelah

melalui proses maka akan memberikan output sebuah data

bertipe byte array 8 bit. Data tersebut harus diolah terlebih

dahulu agar dapat digunakan pada proses aplikasi. Untuk itu

dibutuhkan sebuah fungsi yang digunakan untuk merubah

sinyal yang didapat dari ECG dan mentransfer data setelah

melalui proses pengkondisian sinyal. Selanjutnya data

tersebut akan digunakan untuk diproses agar datanya dapat

ditampilkan pada layar smartphone dalam bentuk grafik

secara real-time. Tools yang digunakan adalah CoIDE

Coocox. Pada CoIDE telah tersedia library untuk mengolah

data masukan dari ECG dan mengubahnya dari analog

menjadi digital dengan menggunakan ADC (Analog-to-

Digital Converter). Kemudian data tersebut akan ditransfer

melalui Bluetooth module yang juga telah terpasang pada

mikrokontroler.

V. PENGUJIAN DAN EVALUASI

Pengujian dilakukan untuk menguji apakah fungsionalitas

sistem sudah berjalan dengan benar. Rincian pengujian

adalah sebagai berikut:

1. Pengujian Menampilkan Grafik Detak Jantung Secara

Real-Time

Hasil pengujian menampilkan grafik detak jantung

secara realtime dapat dilihat pada Gambar. 9. Dari

pengujian tersebut dapat dibuktikan bahwa fungsi

menampilkan grafik detak jantung secara realtime dapat

berjalan dengan benar.

2. Pengujian Menampilkan Data Visualisasi Grafik Detak

Jantung dari data yang telah disimpan

Hasil pengujian menampilkan data visualisasi grafik

detak jantung dari data yang telah disimpan dapat

dilihat pada Gambar. 10. Dari pengujian tersebut dapat

dibuktikan bahwa fungsi open file grafik detak jantung

dapat berjalan dengan benar.

3. Pengujian Menampilkan Lokasi Rumah Sakit dan

Dokter Terdekat.

Gambar. 9. Hasil Pengujian Menampilkan Grafik Detak Jantung secara Realtime

Gambar. 10. Hasil Pengujian Menampilkan Visualisasi Grafik Detak Jantung

dari data yang telah disimpan

Gambar. 11. Hasil Pengujian Menampilkan Lokasi Rumah Sakit dan Dokter

Terdekat

String types = "hospital|doctor"; try { types = URLEncoder.encode(types, "UTF-8"); } catch (UnsupportedEncodingException e1) { // TODO Auto-generated catch block e1.printStackTrace(); } String placesSearchStr = "https://maps.googleapis.com/maps/api/place/nearbysearch/" + "json?location="+lat+","+lng+ "&radius=5000&sensor=true" + "&types=" + types + "&key=AIzaSyAFW15pMmzl2-TSUQ8jndBrwqeABqDOpqc"; //ADD KEY new GetPlaces().execute(placesSearchStr); locMan.requestLocationUpdates(LocationManager.NETWORK_PROVIDER, 30000, 100, this);

Gambar. 8. Implementasi Fitur Menampilkan Informasi Rumah Sakit dan Dokter

Terdekat

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

5

Hasil pengujian menampilkan lokasi rumah sakit dan

dokter terdekat dapat dilihat pada Gambar. 11. Dari

pengujian tersebut dapat dibuktikan bahwa fungsi

menampilkan lokasi rumah sakit dan dokter terdekat

dapat berjalan dengan benar.

4. Pengujian Pengiriman Email

Hasil pengujian pengiriman email dapat dilihat pada

Gambar. 12. Dari pengujian tersebut dapat dibuktikan

bahwa fungsi mengirim email data detak jantung dapat

berjalan dengan benar.

VI. KESIMPULAN & SARAN

Dari proses perancangan, implementasi, serta

pengujian sistem dapat ditarik kesimpulan-kesimpulan

sebagai berikut.

1. Sistem dapat menampilkan visualisasi detak jantung

dari ECG dengan mengubah input sinyal data analog

menjadi digital dengan menggunakan mikrokontroler

dan dapat dibuka kembali untuk menampilkan data

dalam bentuk grafik.

2. Sistem dapat menerjemahkan data input sinyal yang

dikirim melalui ECG dengan cara mengubah sinyal data

analog ke digital oleh mikrokontroler agar dapat dibaca

oleh aplikasi perangkat bergerak dan ditampilkan dalam

bentuk grafik secara real-time pada layar perangkat

bergerak.

3. Penggunaan ECG tanpa dihubungkan dengan aplikasi

HeartDroid memerlukan waktu untuk mentransfer data

yang kemudian data tersebut akan ditampilkan setiap 2

detik sekali. Sedangkan dengan menggunakan ECG

yang dihubungkan dengan aplikasi HeartDroid, waktu

yang diperlukan untuk mentransfer data dan

menampilkannya pada layar perangkat bergerak hanya

memiliki selisih 1 detik (menampilkan data setiap 1

detik sekali).

4. Sistem dapat melakukan pencarian lokasi rumah sakit

atau dokter terdekat apabila membutuhkan. Untuk

proses penentuan lokasi, penggunaan teknologi GPS,

Google Maps dan geolocation terbukti cukup mampu

menampilkan lokasi dengan akurat. Selain itu, pada saat

aplikasi menampilkan informasi lokasi rumah sakit atau

dokter pengguna dapat memilih lokasi terdekat dengan

melihat jarak yang ditampilkan setiap pengguna

menekan marker pada map. Kemudian, pada saat lokasi

pengguna berubah atau sedang berjalan maka aplikasi

akan otomatis melakukan update perubahan lokasi baik

itu lokasi pengguna maupun lokasi rumah sakit atau

dokter selama pengguna tetap bergerak.

5. Sistem menyediakan fitur mengirim pesan pada aplikasi

sebagai alat bantu bagi pengguna untuk dapat

berkomunikasi dengan pihak dokter.

Saran yang dapat digunakan untuk perbaikan adalah

sebagai berikut:

1. Aplikasi dapat langsung melakukan diagnosa atas proses

visualisasi yang dilakukan oleh pengguna.

2. Tampilan grafik diperhalus dengan menggunakan filter

untuk mengurangi noise grafik.

3. Perlu dipercepat kalibrasi untuk penerimaan data.

4. Aplikasi dapat diimplementasikan pada semua platform

perangkat bergerak.

5. Dengan sistem ini maka diharapkan membantu dan

memudahkan pengguna untuk dapat mengetahui gejala

penyakit jantung lebih dini.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis M.F.D. mengucapkan terima kasih kepada Tuhan

Yang Maha Esa, kedua orangtua dan keluarga penulis, dosen

pembimbing, seluruh dosen Teknik Informatika ITS, kerabat

dekat, serta berbagai pihak yang telah membantu penulis

dalam menyelesaikan penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Guyton. AC, Hall. JE, Textbook of Medical Physiology,

Philadelphia: WB Saunders Company, 2006.

[2] “STM32F407VG: High-performance and DSP with

FPU, ARM Cortex-M4 MCU with 1 Mbyte Flash, 168

MHz CPU, Art Accelerator, Ethernet,” [Online].

Available:

http://www.st.com/web/catalog/mmc/FM141/SC1169/S

S1577/LN11/PF252140?s_searchtype=partnumber.

[Accessed 24 Mei 2014].

Gambar. 12. Hasil Pengujian Pengiriman Email