Perancangan Penerima Data EKG (Elektrokardiograf ... · PDF filediterima oleh penerima FM....

7
_______________________________________________________________________ 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP 2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro UNDIP Perancangan Penerima Data EKG (Elektrokardiograf) Menggunakan Modulasi Digital FSK (Frequency Shift Keying) dan Modulasi Frekuensi (FM) Desyanto Dwi Rahmadi [1] , Darjat, ST., MT. [2] , Yuli Christiyono, ST., MT. [2] Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jln. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia Abstrak Saat ini, seorang dokter di rumah sakit sering kali harus berjalan jauh untuk mengambil data pasien yang terekam pada alat EKG (elektrikardiograf). Hal ini disebabkan karena terpisahnya ruang pasien dengan ruang dokter. Untuk mengatasi masalah itu diperlukan suatu alat yang menghubungkan antara EKG di ruang pasien dengan komputer dokter menggunakan sistem nirkabel. Pada Tugas Akhir ini dilakukan perancangan sistem komunikasi nirkabel berupa receiver yang berguna untuk menerima data EKG yang telah dipancarkan oleh transmitter. Setelah data dipancarkan oleh transmitter maka data diterima oleh penerima FM. Sinyal yang diperoleh penerima FM ada 3 macam, yaitu sinyal pembawa, sinyal pemandu (pilot) dan data. Sinyal informasi didemodulasi dan dipisahkan dari pembawanya Pada sinyal informasi ini dilakukan proses pemisahan sinyal pemandu dengan data oleh LPF. Sinyal informasi kemudian diubah kembali menjadi data digital serial dengan demodulator FSK kemudian dihubungkan ke komputer dengan antarmuka RS232 untuk diolah lebih lanjut. Pada pengujian sistem penerima ini, data yang diperoleh adalah seperti yang diharapkan, baik saat diuji pada masing-masing blok maupun pada saat diuji dengan data EKG dari pemancar. Pada saat diterima, data dari pemancar mengalami pelemahan, tetapi hasil akhir tetap sebagaimana yang diharapkan. Hal tersebut terjadi karena pada rangkaian ini data yang terpenting adalah frekuensinya. Jadi adanya pelemahan tidak terlalu berpengaruh, sehingga secara keseluruhan sistem bekerja dengan baik, sesuai yang diharapkan. Kata kunci: Receiver, EKG, nirkabel, modulasi, komunikasi serial RS232. I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Untuk mempermudah kinerja dokter di rumah sakit, terutama yang berkaitan dengan pengambilan data EKG, maka perlu dibuat suatu alat yang menghubungkan antara EKG ditempat pasien dengan dokter di ruang kerjanya dengan sistem nirkabel. Oleh karena itu pada Tugas Akhir ini dirancang sebuah alat yang berfungsi untuk menerima data EKG yang telah dikirimkan oleh pemancar di ruang pasien yang kemudian data dari pemancar tersebut diubah menjadi data digital dan dihubungkan ke komputer di ruang kerja dokter untuk diolah lebih lanjut. 1.2 Tujuan Tujuan dalam Tugas Akhir ini adalah membuat dan menguji sistem penerima data EKG dengan modulasi digital FSK (Frequency Shift Keying) dan modulasi frekuensi FM, kemudian dihubungkan ke komputer untuk diolah lebih lanjut. 1.3 Pembatasan masalah Agar tidak menyimpang dari pembahasan, maka Tugas Akhir ini mempunyai batasan masalah sebagai berikut : 1. Tugas Akhir ini membuat perangkat keras yang berfungsi menerima data dari pemancar dan membuat antarmukanya ke komputer, sehingga tidak membahas perangkat keras EKG, pemancar data EKG dan tampilan data EKG di komputer. 2. Rangkaian menggunakan penerima FM dengan demodulasi digital FSK. 3. Pada penerima FM digunakan tuner (penala IF) buatan pabrik, dan tidak membahas tentang rangkaian penala tersebut. 4. Menggunakan komunikasi serial RS232 untuk antar muka dengan komputer. II. DASAR TEORI 2.1 Modulasi Modulasi frekuensi berarti suatu modulasi dimana frekuensi sinyal pembawa divariasikan secara proposional berdasarkan amplitudo sinyal masukan (amplitudo sinyal pembawa tetap konstan). Tujuan utama dari proses modulasi adalah untuk mengefisienkan dimensi antena. Untuk radiasi elektromagnetis yang efisien, besar dimensi antena harus sama dengan panjang gelombang (Ȝ) dari sinyal yang dipancarkan. f c = λ (2.1) Jadi jika sinyal informasi (f) yang dipancarkan adalah 1 kHz, maka panjang antenanya adalah 300 km, sehingga tidak efisien. [1][2] 2.2 Penerima (demodulator) FM Proses demodulasi adalah kebalikan dari proses modulasi, yaitu memperoleh kembali sinyal informasi dengan cara menghilangkan sinyal pembawa. Untuk dapat mendeteksi suatu sinyal FM diperlukan suatu rangkaian yang tegangannya berubah secara linear sesuai dengan frekuensi sinyal masukan. Pada tugas akhir ini digunakan rangkaian detektor reaktif sebagai demodulator FM. Bila suatu sinyal dimodulasi fasa dikalikan dengan sinyal FM itu sendiri yang telah digeser 90°, salah satu dari

Transcript of Perancangan Penerima Data EKG (Elektrokardiograf ... · PDF filediterima oleh penerima FM....

Page 1: Perancangan Penerima Data EKG (Elektrokardiograf ... · PDF filediterima oleh penerima FM. Sinyal yang diperoleh penerima FM ada 3 macam, yaitu sinyal pembawa, sinyal pemandu (pilot)

_______________________________________________________________________

1 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro UNDIP

Perancangan Penerima Data EKG (Elektrokardiograf) Menggunakan Modulasi Digital FSK(Frequency Shift Keying) dan Modulasi Frekuensi (FM)

Desyanto Dwi Rahmadi[1], Darjat, ST., MT.[2], Yuli Christiyono, ST., MT.[2]

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas DiponegoroJln. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia

AbstrakSaat ini, seorang dokter di rumah sakit sering kali harus berjalan jauh untuk mengambil data pasien yang terekam

pada alat EKG (elektrikardiograf). Hal ini disebabkan karena terpisahnya ruang pasien dengan ruang dokter. Untukmengatasi masalah itu diperlukan suatu alat yang menghubungkan antara EKG di ruang pasien dengan komputer doktermenggunakan sistem nirkabel.

Pada Tugas Akhir ini dilakukan perancangan sistem komunikasi nirkabel berupa receiver yang berguna untukmenerima data EKG yang telah dipancarkan oleh transmitter. Setelah data dipancarkan oleh transmitter maka dataditerima oleh penerima FM. Sinyal yang diperoleh penerima FM ada 3 macam, yaitu sinyal pembawa, sinyal pemandu(pilot) dan data. Sinyal informasi didemodulasi dan dipisahkan dari pembawanya Pada sinyal informasi ini dilakukanproses pemisahan sinyal pemandu dengan data oleh LPF. Sinyal informasi kemudian diubah kembali menjadi data digitalserial dengan demodulator FSK kemudian dihubungkan ke komputer dengan antarmuka RS232 untuk diolah lebih lanjut.

Pada pengujian sistem penerima ini, data yang diperoleh adalah seperti yang diharapkan, baik saat diuji padamasing-masing blok maupun pada saat diuji dengan data EKG dari pemancar. Pada saat diterima, data dari pemancarmengalami pelemahan, tetapi hasil akhir tetap sebagaimana yang diharapkan. Hal tersebut terjadi karena pada rangkaianini data yang terpenting adalah frekuensinya. Jadi adanya pelemahan tidak terlalu berpengaruh, sehingga secarakeseluruhan sistem bekerja dengan baik, sesuai yang diharapkan.

Kata kunci: Receiver, EKG, nirkabel, modulasi, komunikasi serial RS232.

I. PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang

Untuk mempermudah kinerja dokter di rumahsakit, terutama yang berkaitan dengan pengambilan dataEKG, maka perlu dibuat suatu alat yangmenghubungkan antara EKG ditempat pasien dengandokter di ruang kerjanya dengan sistem nirkabel. Olehkarena itu pada Tugas Akhir ini dirancang sebuah alatyang berfungsi untuk menerima data EKG yang telahdikirimkan oleh pemancar di ruang pasien yangkemudian data dari pemancar tersebut diubah menjadidata digital dan dihubungkan ke komputer di ruang kerjadokter untuk diolah lebih lanjut.

1.2 Tujuan Tujuan dalam Tugas Akhir ini adalah membuatdan menguji sistem penerima data EKG denganmodulasi digital FSK (Frequency Shift Keying) danmodulasi frekuensi FM, kemudian dihubungkan kekomputer untuk diolah lebih lanjut.

1.3 Pembatasan masalah Agar tidak menyimpang dari pembahasan, makaTugas Akhir ini mempunyai batasan masalah sebagaiberikut :1. Tugas Akhir ini membuat perangkat keras yang

berfungsi menerima data dari pemancar danmembuat antarmukanya ke komputer, sehinggatidak membahas perangkat keras EKG, pemancardata EKG dan tampilan data EKG di komputer.

2. Rangkaian menggunakan penerima FM dengandemodulasi digital FSK.

3. Pada penerima FM digunakan tuner (penala IF) buatanpabrik, dan tidak membahas tentang rangkaian penalatersebut.

4. Menggunakan komunikasi serial RS232 untuk antarmuka dengan komputer.

II. DASAR TEORI2.1 Modulasi Modulasi frekuensi berarti suatu modulasi dimanafrekuensi sinyal pembawa divariasikan secara proposionalberdasarkan amplitudo sinyal masukan (amplitudo sinyalpembawa tetap konstan). Tujuan utama dari proses modulasi adalah untukmengefisienkan dimensi antena. Untuk radiasielektromagnetis yang efisien, besar dimensi antena harussama dengan panjang gelombang ( ) dari sinyal yangdipancarkan.

fc=λ (2.1)Jadi jika sinyal informasi (f) yang dipancarkan adalah 1 kHz,maka panjang antenanya adalah 300 km, sehingga tidakefisien.[1][2]

2.2 Penerima (demodulator) FM Proses demodulasi adalah kebalikan dari prosesmodulasi, yaitu memperoleh kembali sinyal informasidengan cara menghilangkan sinyal pembawa. Untuk dapatmendeteksi suatu sinyal FM diperlukan suatu rangkaian yangtegangannya berubah secara linear sesuai dengan frekuensisinyal masukan. Pada tugas akhir ini digunakan rangkaiandetektor reaktif sebagai demodulator FM. Bila suatu sinyal dimodulasi fasa dikalikan dengansinyal FM itu sendiri yang telah digeser 90°, salah satu dari

Page 2: Perancangan Penerima Data EKG (Elektrokardiograf ... · PDF filediterima oleh penerima FM. Sinyal yang diperoleh penerima FM ada 3 macam, yaitu sinyal pembawa, sinyal pemandu (pilot)

2

komponen pada sinyal keluaran pengali itu adalahmodulasinya sendiri. Bila arus pembawa mengalir lewatinduktor seperti pada Gambar 2.1(a), dengan VL adalahpembawa yang dimodulasi yang tergeser 90°, arus yangsama mengalir lewat Z, yang merupakan rangkaianresonansi paralel yang ditala pada frekuensi tengahpembawa. Tegangan pada rangkaian ini mengalami suatupergeseran fasa yang langsung berkaitan dengan deviasifrekuensi pembawa, hasilnya ialah suatu konversi darimodulasi frekuensi ke modulasi fasa. Bila tegangan padainduktor dikalikan dengan tegangan pada rangkaian tala,modulasi akan timbul pada keluaran dari pengali.

(a) (b)Gambar 2.1. (a) Rangkaian untuk memperolehpergeseran fasa dalam sebuah detektor reaktif

(b) Skema blok detektor reaktif dasar

Jika frekuensi pembawa bervariasi denganperlahan-lahan, tegangan atau arus pembawa dimisalkanberbentuk sinusoida. Maka arus adalah

tii m ωsin= (2.2)Maka tegangan pada induktor mendahului arus 90°;

tVvMAKSLL ωcos= (2.3)

Tegangan pada rangkaian tala paralel akan sefasa denganarus pada keadaan resonansi. Pada frekuensi-frekuensidalam daerah sekitar ±1% dari resonansi, sudut fasaadmitansi dari rangkaian dengan memisalkan

1/0 ≅ωω adalahyQ1tan−=φ (2.4)

Sudut fasa impedansi adalah φ− , dan tegangan padarangkaian tala adalah

)sin( φω −= tVvMAKSZZ (2.5)

Sedangkan variabel y dapat dinyatakan denganpendekatan sebagai

o

o

o ff

ff

ffy δ

≅−= 2 (2.6)

dengan offf −=δ dan fo adalah frekuensi resonansi darirangkaian, dengan off <<δ . Kemudian kedua teganganvL dan vZ dimasukkan ke sebuah pengali sepertiditunjukkan Gambar 2.1(b). Tegangan keluaran yangdinyatakan sebagai kesebandingan diberikan oleh:

ZLO vvv ∝)sin(cos φωω −∝ ttvo (2.7)

φφω sin)2sin( ++∝ tvO (2.8)LPF digunakan untuk memilih komponen φsin danmenolak komponen )2sin( φω +t . Untuk sudut yangkecil, φφ tansin ≈ , sehingga keluarannya adalahsebanding dengan y,

yvo ∝ atau 0ffvo δ∝ (2.9)

karena mci kefff =−=δ , dengan em adalah sinyalmodulasi. Karena itu, mO ev ∝ ,atau tegangan keluaranadalah sebanding dengan sinyal modulasi asli.[1]

2.3 Antena Antena diperlukan untuk penggandengan antarapemancar dan penerima dalam suatu hubungan ruang (spacelink). Pada rangkaian penerima, antena berfungsi untukmenangkap pancaran gelombang elektromagnet yangdihasilkan oleh pemancar. Bentuk dasar antena ada dua macam, yaitu antenakutub dua ½ gelombang yang direntangkan secara horisontal(antena Hertz) dan antena ¼ gelombang vertikal (antenaMarconi). Panjang efektif antena adalah

f. =c . fp (2.10)dengan f adalah frekuensi (Hz); adalah panjang gelombang(m); fp adalah faktor pendekatan (biasanya 95%) dan c adalahkecepatan rambat gelombang elektromagnet dalam ruang(300 x106m/s). Pola pancaran antena yang ideal diperlihatkan olehgambar 2.3, yaitu bila antena berada jauh diatas permukaanbumi. Bumi berpengaruh pada bentuk pola pancaran antenakarena bumi menyerap/memantulkan gelombangelektromagnet. [2]

(a) (b)Gambar 2.2 (a) Pola pancaran antena Marconi; (b) Pola

pancaran antena kutub dua ½ .

2.4 Tapis Pelewat Frekuensi Rendah (LPF) LPF berfungsi untuk melewatkan frekuensi dibawahfrekuensi potong (fc, cut off) dan menahan frekuensi diatasfrekuensi potong. Gambar 2.3(a) menunjukkan RangkaianLPF aktif orde dua.

Vout

3 dB turun

ffc

(a) (b)Gambar 2.3 (a) Tapis frekuensi rendah aktif.

(b) respon keluaran

Pada frekuensi rendah, kedua kapasitor menjadi sepertiterbuka, rangkaian menjadi seperti pengikut tegangan. Jikafrekuensi bertambah,impedansi C1 berkurang dan teganganmasukan tak membalik berkurang. Pada waktu yang sama,kapasitor C2 mengumpan balik sinyal dalam fasa pada sinyalmasukan. Karena sinyal umpan balik menambah sinyalsumber, umpan balik adalah positif. Hasilnya adalahpenurunan tegangan masukan tak pembalik, yang disebabkankarena C1 tidak sebesar tanpa pengumpan balik positif.

Frekuensi kutub (fp) digunakan untuk merancang tapisaktif. Perhitungan frekuensi kutub tersebut adalah:

1

25.0CC

Q = (2.11)

Page 3: Perancangan Penerima Data EKG (Elektrokardiograf ... · PDF filediterima oleh penerima FM. Sinyal yang diperoleh penerima FM ada 3 macam, yaitu sinyal pembawa, sinyal pemandu (pilot)

3

dan212

1CCR

f pπ

= ;22

1RC

f pπ

= (2.12)

Untuk tapis butterworth, nilai Q=0.707 dan untuk tapisbessel Q=0.577.[3]

2.5 Detektor dengan ikal terkunci fasa (Phase-Locked Loop/ PLL)

PLL terdiri atas 3 bagian dasar yaitu voltagecontrolled oscillator (VCO), Phase detector (PD), sertatapis ikal dengan penguat arus searah. Diagram blok PLLdiperlihatkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Blok diagram PLL

Frekuensi yang masuk ke detektor fasadibandingkan dengan frekuensi pengumpanbalik. Kalaufrekuensi yang masuk ke detektor berselisih fasa, makadetektor mengeluarkan isyarat berupa tegangan searah.Tinggi tegangan ini (disebut tegangan keliru/errorvoltage) berbanding lurus dengan besar selisih fasa.Tegangan keliru tersebut diumpankan ke VCO gunamengemudikan VCO, agar frekuensi terkunci padafrekuensi masukan.[2]

Osilator terkemudi tegangan (VCO) adalahosilator yang dapat menghasilkan frekuensi spontan yangdapat berubah sesuai tegangan masukan. Misalkanfrekuensi spontan yang dihasilkan adalah 0(t) makadapat ditarik persamaan 2.13.

0(t)= c+ Kcvc(t) (2.13)dengan: c = frekuensi tengah dari VCO

Kc = penguatan VCO Detektor fasa (PD) memiliki dua masukan dansatu keluaran. Jika kedua masukan memiliki periodeyang sama, maka komponen dc dari keluaran PDsebanding dengan besarnya perbedaan sudut antarakedua masukan sinyal periodik tersebut.

xdc=Kdsin( i– o) (2.14)dengan xdc = rata-rata keluaran dc dari PD; i o adalahsudut fasa sinyal masukan dan keluaran VCO; Kd adalahpenguatan PD. Komponen dasar ketiga adalah tapis ikal denganpenguatan. Tujuan dari rangkaian tapis ini adalah untukmemperoleh komponen dc dari keluaran PD (x(t)). Ketika frekuensi masukan (fi) dan ferkuensikeluaran (fo) pada rangkaian terkunci fasa sama, makategangan vc(t) konstan. Jika fi dinaikkan perlahan makaakan menyebabkan perbedaan sudut fasa pada PD ( i –

o) akan naik seiring dengan waktu. Bagian dc darikeluaran PD akan naik sehingga akan menaikkantegangan dari keluaran tapis yang digunakan untukmengendalikan keluaran frekuensi dari VCO. Kondisiyang bersesuaian ini akan menaikkan frekuensi keluaranVCO sampai didapatkan frekuensi yang sebandingdengan frekuensi masukan. [5][6]

2.6 Modulasi Digital Pengunci PergeseranFrekuensi (Frequency Shift Keying / FSK)Sistem modulasi FSK adalah modulasi frekuensi

dengan pemodulasi data digital. Dengan kata lain FSK

biner adalah suatu bentuk modulasi sudut dengan selubungkonstan yang mirip dengan FM konvensional, tetapi sinyalpemodulasinya berupa aliran pulsa biner yang bervariasidiantara dua level tegangan diskrit, sehingga berbeda denganbentuk perubahan yang kontinyu pada gelombang analog.Ungkapan matematis untuk sinyal FSK biner ditunjukkanPersamaan 2.15.

v(t) =

∆+ ttfmCosV CC 2

)( ωω (2.15)

dengan v(t) adalah bentuk gelombang FSK biner; VC adalahpuncak amplitudo carrier tanpa termodulasi; C adalahfrekuensi pembawa (dalam radian); fm(t) adalah frekuensisinyal digital biner pemodulasi; adalah selisih sinyalpemodulasi (dalam radian).

2.7 Demodulator Biner FSKKeluaran demodulator FSK biner adalah suatu fungsi

langkah (step) pada kawasan frekuensi. Keluaran FSKbergeser diantara dua frekuensi yaitu mark frequecy (logika1) dan space frequency (logika 0). Pada modulator FSKbiner, ada suatu perubahan frekuensi keluaran setiap adanyaperubahan kondisi logika pada sinyal masukan. Sebagaikonsekuensinya, laju perubahan masukan (bit rate) adalahsebanding dengan laju perubahan keluaran (baud rate). Baudrate sebanding dengan keterkaitan waktu pada satu elemensinyal keluaran. Pada FSK biner, laju masukan dan lajukeluaran adalah sama; sehingga, bit rate dan baud rateadalah sama.

Gambar 2.5. Sistem modulasi FSK biner [1]

2.8 Komunikasi Serial Asinkron2.8.1 Tata Cara Komunikasi Serial Asinkron Komunikasi data serial secara asinkron adalahkomunikasi data serial yang pengiriman datanya berdasarkankecepatan baudrate[12] sehingga tidak memerlukan sinyaldetak untuk sinkronisasi.[13] Penerima hanya perlumendeteksi adanya start bit sebagai awal pengiriman data,selanjutnya komunikasi data terjadi antar dua buah registergeser yang ada pada pengirim maupun penerima. Setelah 8bit data diterima, maka penerima akan menunggu adanyastop bit sebagai tanda bahwa 1 byte data telah terkirim danpenerima dapat siap untuk menunggu pengiriman databerikutnya.[15]

Gambar 2.6. Transmisi serial asinkron [10]

2.8.2 Karakteristik Sinyal Port SerialStandar RS232 hanya menyangkut komunikasi data

antara komputer dengan alat-alat pelengkap komputer.Standar sinyal serial RS232 memiliki ketentuan level

Page 4: Perancangan Penerima Data EKG (Elektrokardiograf ... · PDF filediterima oleh penerima FM. Sinyal yang diperoleh penerima FM ada 3 macam, yaitu sinyal pembawa, sinyal pemandu (pilot)

4

tegangan sebagai berikut: Logika ‘1’ (mark) terletakantara -3V hingga -25V; Logika ‘0’ (space) terletakantara +3V hingga +25V. Sedangkan daerah teganganantara -3V hingga +3V adalah invalid level, sehinggaharus dihindari. Level tegangan lebih negatif dari -25Vatau lebih positif dari +25V juga harus dihindari.[15]

III. PERANCANGAN PERANGKAT KERAS Penerima data EKG ini terdiri dari 3 bagianutama, yaitu: bagian penerima, pengondisi sinyal, danantarmuka dengan komputer.

Gambar 3.1. Blok Diagram Penerima

Prinsip kerja Gambar 3.1 adalah penerima FMmenerima sinyal yang dikirimkan pemancar, kemudiansinyal tersebut ditapis oleh LPF untuk memisahkansinyal data dan sinyal pilot. Setelah mendapatkan sinyaldata yang diinginkan, sinyal tersebut didemodulasidengan demodulator FSK untuk mendapatkan data yangsebenarnya. Keluaran dari penerima FM jugadihubungkan ke PLL. Di dalam PLL terdapat pendeteksisinyal penanda yang digunakan untuk validasi data. Datayang didapat kemudian dikirimkan ke komputer untukdiolah lebih lanjut.

3.1 Penerima FM Penala yang digunakan adalah penala jadi (buildup) yang menghasilkan sinyal IF, kemudian diolah olehIC LA1260. Sistem pendeteksian yang digunakan adalahdetektor reaktif. Jika IC LA1260 digunakan sebagaipenerima FM maka fasilitas yang dipakai adalah penguatIF, detektor reaktif, penguat depan AF, dan tuningindicator drive output. Rangkaian lengkap ditunjukkanoleh Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Penerima FM [11]

3.2 Tapis Pelewat Frekuensi Rendah 4 KHz LPF 4 KHz digunakan untuk memisahkan sinyalmark (1300 Hz) dan space (2100 Hz) dari sinyal penanda(25 kHz), sebelum sinyal informasi tersebut diubah

menjadi sinyal digital serial oleh demodulator FSK.Rangkaian LPF ditunjukkan oleh Gambar 2.3.

Frekuensi potongnya 4 kHz, nilai resitor adalah 3 kdan tapis yang digunakan butterworth (Q = 0.707), maka:

2CC

CC1.414

CC

0.50.707

CC0.5Q

1

2

1

2

1

2

1

2 =⇒=↔=⇔=

Sehingga C2=2C1. maka nilai kapasitor dapat dihitungdengan Persamaan 2.12 :

nFnFkHzk

C 1038.92432

11 ≅=

××Ω×=

πJadi nilai C1 = 10 nF dan C2 = 20 nF.

3.3 Demodulator FSKPada bagian pemancar bit-bit digital dikirim dengan

sistem modulasi digital FSK dengan menggunakan ICTCM3105. Untuk memperoleh kembali data yang telahdimodulasi FSK dari informasi analog keluaran LPF menjadidereten bit digital, maka dibutuhkan demodulator FSK. Baudrate yang digunakan pemancar adalah 1200 bps, maka baudrate penerima harus 1200 bps. Menurut standar CCITT V.23,agar baud rate yang diterima adalah 1200 bps, maka TRS‚TXR1‚ dan TXR2 diberi masukan logika rendah (Low).Rangkaian lengkapnya ditunjukkan Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Rangkaian lengkap Demodulator FSK denganIC TCM3105 [11]

3.4 Pendeteksi Sinyal PenandaSinyal penanda digunakan untuk membedakan sinyal

informasi dengan sinyal lain, sehingga hanya sinyalinformasi yang diinginkan yang dapat diproses olehpenerima. Pada saat sinyal yang diterima adalah sinyalinformasi, maka LED menyala sedangkan pada saat sinyalyang diterima bukan sinyal informasi, maka LED padam.

Untuk mengatur supaya LED hanya menyala jika adasinyal 25 KHz. Maka resistor variabel pada pin 16 ICLA3361 perlu disetel.

6K8 0. 47 uF

0. 47 uF

6K8

10K 1 nF

47nF

680pF

LED

1K

Vcc+9V

15

14

2

16

3

7 8

11

10

6

1

Masukan

4. 7 uF

1 uFKeluaran

LA3361

13

9

Gambar 3.4. Pendeteksi sinyal penanda 25 KHz [11]

Page 5: Perancangan Penerima Data EKG (Elektrokardiograf ... · PDF filediterima oleh penerima FM. Sinyal yang diperoleh penerima FM ada 3 macam, yaitu sinyal pembawa, sinyal pemandu (pilot)

5

3.5 Pengkondisi PenerimaanPengkondisi penerimaan berfungsi untuk

menonaktifkan data masukan saat tidak ada sinyalpenanda. Pada blok ini digunakan gerbang AND, denganmasukan pendeteksi sinyal penanda dan datademodulator FSK. Pada waktu sinyal penanda terdeteksi,maka data tersebut diteruskan ke RS232, jika tidak adasinyal penanda data tersebut tidak diteruskan ke RS232,sekalipun terdapat data dari keluaran demodulator FSK.

3.6 Antarmuka Serial RS232Antarmuka serial RS232 digunakan untuk

menjembatani jalur komunikasi serial komputer dengansistem penerima, karena aras tegangan logika keduasistem ini berbeda. RS232 menggunakan aras +12V dan-12V untuk logika 0 dan 1, sedangkan demodulator FSKmenggunakan aras TTL +5V dan 0V, untuk logika 1 dan0. Pada blok ini digunakan IC MAX232, yang berfungsimengubah aras tegangan TTL menjadi aras RS232.

Gambar 3.5. Antarmuka serial RS232 dengan ICMAX232

IV. PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEMPengujian dilakukan dengan dua cara, yaitu

pengujian pada masing-masing blok dan pengujiansistem secara keseluruhan.

4.1 Pengujian dan Analisa Blok Pendeteksi SinyalPenandaPengujian blok ini dilakukan dengan memberikan

masukan sinyal sinus dari AFG, kemudian diamatikondisi logika pada indikator LED (nyala/mati). Resistorvariabel pada pin 16 IC LA3361 perlu disetel sampaiLED menyala saat diberi masukan 25 kHz. Dari hasilpengujian didapatkan LED menyala saat diberi masukan24 kHz sampai 27 kHz.

4.2 Pengujian dan Analisa Penerima FMPengujian rangkaian ini dilakukan bersamaan

dengan pengujian pemancar FM dan blok pendeteksisinyal penanda. Pengujian dilakukan dalam dua tahap.Tahap pertama menyamakan frekuensi pemancar denganpenerima, dengan cara memancarkan sinyal pembawadan sinyal pilot. Kemudian pada bagian penerima, tunerdiputar sampai ditemukan frekuensi pemancar FM danmelihat keluarannya pada osiloskop. Pada saat penerimamenerima sinyal dari pemancar, maka indikator padapenerima FM dan pendeteksi sinyal penanda akanmenyala.

(a) (b)Gambar 4.1. (a) Pengujian Blok Penerima FM; (b) Keluaran

sinyal pilot

Dari Gambar 4.1 (b) dapat dilihat bahwa frekuensisinyal penanda adalah 25 kHz dengan tegangan 0,48 Vpp.Hal ini berarti blok penerima telah berfungsi dengan baik.

Tahap kedua adalah pemancar memancarkan sinyaluji. Sinyal uji yang digunakan adalah sinyal sinus dari AFGdengan frekuensi 1300 Hz dan 2100 Hz, untuk mewakilisinyal mark dan space yang akan dimodulasi frekuensi. Hasiltampilan osiloskop pada penerima ditunjukkan Gambar 4.2.

(a) (b)Gambar 4.2. Keluaran Penerima FM (a) frekuensi mark. (b)

frekuensi space.

4.3 Pengujian dan Analisa LPF 4 KHzPengujian LPF dilakukan dengan memberi masukan

gelombang sinus 2 Vpp dengan frekuensi 0,5 kHz sampai 10kHz. Penguatan dalam dB dihitung dengan Persamaan 4.1:

dBVVA

in

outlog20= (4.1)

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

00,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10

f (x 1kHz)

Gai

n (d

B)

Gambar 4.3. Tanggapan frekuensi terhadap penguatan LPF

Pada Gambar 4.3 ditunjukkan respon yang sesuai denganperancangan, hanya saja memiliki penguatan yang berbeda.Hal ini tidak masalah, sebab data yang dilewatkan adalahpada frekuensi 1300 dan 2100 Hz. Pada Gambar 4.4ditunjukkan tanggapan keluaran LPF terhadap beberapafrekuensi masukan.

(a) (b) (c)Gambar 4.4. Keluaran LPF 4 KHz dengan frekuensi

masukan: (a) 1k3 Hz (b) 2k1 kHz (c) 4 kHz

Page 6: Perancangan Penerima Data EKG (Elektrokardiograf ... · PDF filediterima oleh penerima FM. Sinyal yang diperoleh penerima FM ada 3 macam, yaitu sinyal pembawa, sinyal pemandu (pilot)

6

Pada saat pemancar memancarkan data digital“11001100”, keluaran LPF ditunjukkan Gambar 4.5.

Gambar 4.5. Masukan dan keluaran LPF 4kHz

Dari Gambar 4.5 dapat dilihat bahwa pada masukan LPFterdapat riak, sedangkan pada keluaran LPF riak tersebuttidak terlihat. Adanya riak tersebut menunjukkan bahwasinyal keluaran penerima FM mengandung informasisinyal penanda yang berfrekuensi lebih tinggi, yaitu 25kHz.

4.4 Pengujian dan Analisa Blok Demodulator FSKLaju baud pengiriman data yang digunakan 1200

bps, sehingga keluaran demodulator FSK saat mendapatmasukan analog dengan frekuensi 1300 Hz adalah‘tinggi’ dan saat mendapat masukan 2100 Hz adalah‘rendah’. Hasil pengujian ditunjukkan Gambar 4.6.

(a) (b) (c)Gambar 4.6. Keluaran Demodulator FSK dengan

frekuesi AFG: (a) 1300 Hz; (b) 1600 Hz; (c) 2100 Hz

Dari hasil pengujian didapatkan bahwa pada saatfrekuensi masukan 1600 Hz, kondisi keluarannya tidaktentu, hal ini terjadi karena saat frekuensi tersebut terjadikondisi peralihan pada keluarannya. Frekuensi kurangdari 1600 Hz menyebabkan kondisi keluaran ‘tinggi’ danfrekuensi lebih dari 1680 Hz menyebabkan kondisikeluaran ‘rendah’. Pada saat masukan demodulator FSKdihubungkan dengan LPF dan penerima FM, keluarandemodulator FSK ditunjukkan Gambar 4.7.

Gambar 4.7. keluaran demodulator FSK (masukan datadari penerima FM)

Gambar 4.7 membuktikan rangkaian demodulatorFSK berhasil mendapatkan kembali data dari pemancar,yaitu “0110011001”. Biner “0” pada MSB sebagai startbit, dan biner “1” pada LSB sebagai stop bit.

4.5 Pengujian dan Analisa Blok Pengondisi SinyalHasil pengujian blok ini adalah saat indikator

sinyal penanda menyala, maka data FSK dikirim keantarmuka serial RS232. Saat sinyal penanda mati, datatidak dikirim ke antarmuka serial RS232, sekalipun adadata pada keluaran demodulator FSK, karena datatersebut dianggap bukan dari pemancar yang semestinya.

(a) (b)Gambar 4.8. keluaran pengondisi sinyal: (a) tanpa Pilot; (b)

dengan Pilot

Dari Gambar 4.8 dapat diamati bahwa pada saat LED mati,tegangan pada pin 6 IC LA3361 adalah 2,16V dan pada saatLED nyala tegangannya adalah 0,64V. Pada blok ini,keluaran pin 6 dimasukkan ke gerbang NOT, sehingga leveltegangan rendah berubah menjadi tinggi dan sebaliknya.Keluaran gerbang NOT di-AND-kan dengan sinyal FSK.

4.6 Pengujian dan Analisa Blok Antarmuka SerialRS232Pengujian blok ini dilakukan dengan memberi input

TTL ke antarmuka serial. Input TTL berasal dari AFG dankeluaran demodulator FSK. Sinyal masukan dan sinyalkeluaran dari blok antarmuka serial RS232 pada osiloskopditunjukkan Gambar 4.9. Saat rangkaian mendapat masukantegangan sebesar 0V maka tegangan keluarannya sekitar+9V. Sebaliknya jika rangkaian mendapat masukan tegangansebesar +5V maka tegangan keluarannya mendekati -9V.

(a) (b)Gambar 4.9. Hasil pengujian rangkaian Antarmuka RS232

dengan masukan: (a) AFG; (b) data FSK

4.7 Pengujian Sistem Secara KeseluruhanPengujian yang terakhir yaitu dengan menerima data

EKG yang telah dipancarkan. Pada tahap ini, dilakukanpengambilan data berupa byte-byte keluaran blok RS232dengan program bantu. Byte-byte tersebut kemudian diubahdan dibuat grafiknya dengan bantuan Excel. Grafik yangdiperoleh kemudian dibandingkan dengan tampilan dataEKG dari osiloskop pada sisi pemancar (Gambar 4.10).

(a)

(b)Gambar 4.10 Tampilan data EKG (a) dari osiloskop pada sisi

pemancar (b)dari bit-bit digital keluaran RS232

Page 7: Perancangan Penerima Data EKG (Elektrokardiograf ... · PDF filediterima oleh penerima FM. Sinyal yang diperoleh penerima FM ada 3 macam, yaitu sinyal pembawa, sinyal pemandu (pilot)

7

Dari hasil pengujian dapat diketahui bahwa tiap-tiap blok telah berfungsi dengan baik. Dari pengujianjuga dapat diketahui bahwa penerima mampumendapatkan kembali data yang dikirimkan sekalipunsudah mengalami pelemahan dan perubahan bentukgelombang, asalkan penerima bisa mengetahui frekuensisinyalnya. Jarak pengujian antara pemancar danpenerima agar data dapat diterima dengan baik adalahsejauh 300 meter. Jarak tersebut sudah bisa menjangkaujarak antara ruang pasien dengan ruang dokter di rumahsakit.

V. PENUTUP5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukandidapatkan hal-hal penting sebagai berikut:1. Penerima dapat bekerja dengan baik pada jarak

300 meter dari pemancar dengan pelemahan 20dB.

2. Pada pengujian sistem penerima ini, data akhiryang diperoleh sama dengan data yangdipancarkan, sekalipun sinyal yang diterimamengalami pelemahan. Hal tersebut bisa terjadikarena pada penerima ini data yang terpentingadalah nilai frekuensinya, bukan amplitudonya.

3. Jika indikator sinyal pada blok penerimamenyala, berarti sinyal yang diterima lebih dari200mV (-20dB).

4. LPF digunakan untuk memisahkan sinyalpenanda dengan sinyal informasi (mark danspace) sebelum masuk ke blok demodulatorFSK.

5. Blok PLL digunakan untuk mendeteksi sinyalpilot/pemandu yang berguna untuk validasidata.

6. Dengan IC LA3361, rentang frekuensi sinyalpenanda adalah antara 12 kHz sampai 32 kHzagar pemancar bisa dikenali oleh penerima.

7. Demodulator FSK bisa mendapatkan kembalidata yang dipancarkan, sekalipun terjadipelemahan dan perubahan bentuk gelombangpada sinyal yang diterima.

5.2 Saran1. Baudrate dapat diperbesar dengan menggunakan IC

yang lain.2. Untuk menerima data yang dikirimkan lebih dari

satu pemancar, maka bisa digunakan teknikpenggandaan kanal seperti TDM dan FDM.

3. Untuk jarak yang lebih jauh bisa digunakan antenadengan penguatan yang lebih besar atau denganditambahkan penguat antena.

DAFTAR PUSTAKA

1. Dennis Roody, J. Coolen, Komunikasi Elektronika,J.1., Erlangga, Jakarta 1986.

2. Wasito, S, Vademekum Elektronika Edisi Kedua,PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta 2001

3. Malvino, Paul Albert, Prinsip – Prinsip ElektronikaJilid I, Diterjemahkan oleh Sahat Pakpahan,Erlangga, Jakarta, 1996.

4. Coughlin, F. Robert, Penguat Operasional danRangkaian Terpadu Linear, Diterjemahkan oleh HermanWidodo S, Erlangga, Jakarta, 1994.

5. Millman, Halkias, Elektronika Terpadu, Erlangga ,Jakarta, 1997

6. Schwartz, Mischa, Transmisi Informasi, Modulasi danBising, Erlangga, Jakarta, 1986

7. Cooper, George, Modern Communications and SpreadSpectrum, McGraw Hill Book Company, Singapore1986

8. Erwin, Robert M. Pengantar Telekomunikasi, ElexMedia Komputindo, Jakarta, 1986

9. P. H. Simale, Sistem Telekomunikasi I, Edisi kedua,Erlangga, Jakarta, 1995

10. Putra, Agfianto Eko, Belajar MikrokontrolerAT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi, Gaya Media,Yogyakarta, 2002

11. …. . www.datasheetcatalog.com12. Setiawan Rachmad, Mikrokontroler MCS-51, Graha

Ilmu, Yogyakarta, 200613. Sudjadi, Teori dan Aplikasi Mikrokontroler, Aplikasi

pada Mikrokontroler AT89C51, Graha Ilmu,Yogyakarta, 2005

14. Wasito, S, Data Sheet Book 1, Data IC Linier, TTL &CMOS, Elex Media Komputindo, Jakarta, 1985

15. Prasetia Ratna & Widodo, Edi Catur, Interfacing PortPararel dan Port Serial komputer dengan Visual Basic6.0, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2004.

Biodata PenulisDesyanto Dwi Rahmadi (L2F 002569), lahir di Pemalang, 5 Desember1982. Penulis adalah mahasiswa S1Teknik Elektro, konsentrasiElektronika TelekomunikasiUniversitas Diponegoro, saat inisedang menyelesaikan Tugas Akhir.

Menyetujui dan Mengesahkan

Pembimbing I

Darjat, ST., MT.NIP. 132 231 135

Tanggal:...............

Pembimbing II

Yuli Christiyono, ST., MT.NIP. 132 163 660

Tanggal:...............