3

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1.Kajian pustaka

2.1.1. Sistem Kontrol Kesetabilan Suhu Pada Inkubator Bayi

Berbasis Arduino UNO Dengan Matlab/Simulink

(Bayu Nurcahya).

Bayi lahir premature mempunyai tingkat sensitivitas

yang tinggi terhadap lingkungan sekitarnya, terkait hal

tersebut diperlukan alat inkubator yang membantu

menormalkan suhu dan kelembaban di sekitar tubuh bayi.

Untuk mengkondisikan suhu dalam inkubator tersebut

diperlukan mikrokontroler Arduino Uno agar temperatur

yang dikehendaki tetap terjaga dan stabil. Dari hasil

penelitian diperoleh kestabilan suhu 36°C pada Inkubator

bayi, seperti terlihat pada gambar 2.1.

2.1.2. Desain Dan Pembuatan Inkubator Berbasis

Mikrokontroler Dengan Logika Fuzzy(Budiono)

Bayi prematur belum dapat menyesuaikan diri terhadap

temperatur di luar lingkungan perut ibunya. Temperatur

dan kelembaban merupakan parameter utama yang

dibutuhkan oleh bayi di dalam inkubator. Untuk

mendesain perangkat keras dari inkubator bayi digunakan

komponen utama yaitu mikrokontroler ATMega8535.

Heater akan dikontrol dengan PWM (pulse width

modulation) yang dihasilkan dari perhitungan

menggunakan fuzzy logic [9], blok diagram kontrol fuzzy

logic dapat dilihat pada gambar 2.2. Penggunaan kontrol

fuzzy logic pada inkubator dapat mengendalikan error

yang terjadi hingga ±0,71°C.

2.1.3. Pengembangan Inkubator Bayi Dan Sistem

Pemantauan Remote(Syahrul)

Monitoring inkubator bayi telah berhasil dirancang

4

dengan mikrokontroler ATMega8535 yang dilengkapi

dengan modem radio frekuensi YS-l020UB yang dapat

melakukan pemantauan secara nirkabel. Sistem yang

dibangun dapat memonitor suhu dan kelembaban secara

nirkabel dari ruang inkubator bayi ke ruang pemantau

sentral. Jarak pantauan yang berhasil diukur paling jauh

±500m (outdor) dan ±400m (indoor). Dengan jarak jangkau

sinyal radio 400m sudah lebih dari cukup, karena jarak

antara ruang perawat dengan ruang inkubator bayi yang

lazim diterapkan pada rumah sakit/puskesmas kurang dari

100m[5].

Maka penulis mengembangkan penelitian dengan

menggunakan sensor DHT11 sebagai sensor yang nantinya

akan mengukur suhu dan kelembaban didalam incubator

bayi. Selain itu penulis juga menggunakan serial to wifi

NodeMCU ESP8266 yang akan dikomunikasikan dengan

mikrokontroller. Hasil dari monitoring ini nantinya dapat

dilihat melalui handphone atau personal computer oleh

user (perawat).

2.2.Landasan teori

2.2.1. Inkubator bayi[11]

Definisi kedokteran tentang prematur adalah bayi

yang dilahirkandalam usia kurang dari 36 minggu. Semua

bayi prematur membutuhkan terapikhusus tapi dengan

ruangan perawatan khusus. Karena bayi prematur

belumsiap hidup dan menyesuaikan diri diluar rahim dan

mungkin dapat mengalamigangguan hidup seperti:

a. Pernafasan

Karena paru-paru belum sempurna, kebayakan bayi

prematurmengalami kesulitan bernafas, disebut sindrom

gawat nafas (respirationdistress syndrome, RDS)

5

b. Sistem imun

Sistem imun (kekebalan) yang belum berkembang dan

tubuhyang terlalu lemah untuk mempertahankan dirinya dengan

baik berarti resikolebih besar mengalami infeksi. c. Pencernaan

Lambung bayi prematur kecil dan sensitif. Bayi belum

mampumenyimpan makanan sehingga cenderung mudah

muntah. Sistem pencernaan yang belum sempurna mempersulit

pencernaan proteinessensial sehingga harus diberikan dalam

bentuk tercerna sebagian.

d. Pengaturan suhu - pengontrolan suhu pada bayi prematur tidak

efisien. Iacenderung terlalu dingin atau terlalu panas. Ia tidak

memiliki penyekat panasseperti bayi cukup bulan, karena

kekurangan lemak tubuh.

e. Refleks

Perkembanganreflex yang belum sempurna, khususnyareflex

menghisap, menimbulkan kesulitan makan. Bayi prematur

biasanyamemerlukan selang makan.

Inkubator merupakan alat yang dilengkapi dengan pengatur suhu

dankelembaban udara agar bayi selalu hangat.Bila bayi prematur

lahir

dengan berat badan di bawah 2000 gram, maka suhu dalam inkubato

r harus berkisarantara 32 derajatCelcius.Bila berat badannya kurang

dari 2500 gram, suhuinkubator harus sekitar 30 derajatCelcius.

Selain berfungsi sebagai penghangat, inkubator juga berfungsi melin

dungi bayi dari bahaya infeksi. Di tempat ini, tersedia juga alat kele

mbaban sebagai pengkondisi kulit bayi agar tidak terlalu kering atau

pun luka, karena teksturkulit yang memang sangat tipis dari bayi

tersebut. Biasanya, bayi dalaminkubator akan dibiarkan telanjang

untuk mempermudah pemantauan, yang bisa dilihat dari

gerak pernafasan serta warna kulit. Dengan demikian, bila

6

adakelainan, bisa segera diketahui. Selain itu, bayi prematur

jugamendapat bantuan pernafasan dalam bentuk bantuan oksigen

sejumlah tertentu. Hal ini pun harus dilakukan

dengan hatihati, sebabkeseimbangan kadar oksigen

dankarbon dioksida bayi prematur harus diperhatikan benar. Bila

jumlah oksigen pada bayi prematur

terlalu sedikit,jumlah karbondioksidanya akan meningkat.Akibatnya,

pembuluh darah di otak akan melebar, bahkan bisa pecah

danmengakibatkan pendarahan diotak. Sebaliknya, bila oksigen

terlalu banyak,maka pembuluh-pembuluh darah bisa menyempit

yang mengakibatkan sel-seltubuh bayi kurang mendapat makanan.

Inkubator bayi adalah alat yang berfungsi merawat bayi

premature atau yang mempunyai berat badan lahir rendah (BBLR)

dan neonatus yang sakit, dengan cara memberikan suhu dan

kelembaban yang stabil dan kebutuhan oksigen sesuai dengan kondisi

dalam kandungan. Pesawat ini mempunyai sirkulasi yang terkontrol

atau mempunyai kelembaban relatif dan isolasi untuk melindungi bayi

dari kontaminasi udara dari luar. Hal ini diperlukan bagi bayi

premature, karena sangat rawan terhadap masalah pernapasan dan

masalah-masalah yang bersangkutan dengan kesehatan bayi tersebut

karena fungsi organ belum sempurna.

Alat inkubator bayi ini merupakan salah satu penunjang medis

yang biasa digunakan didalam ruang gawat darurat, neonatus

intensive care unit (NICU) dan ruang bersalin. Alat inkubator bayi ini

adalah alat yang bisa mengatur suhu yang ada di dalam chamber

dengan memanfaatkan heater yang sudah diatur oleh microcontroller

dan rangkain sensor suhu kulit.

7

Gambar 2.6 inkubator bayi [21]

2.2.1.1. Fungsi inkubator bayi

Dengan suhu yang stabil atau bisa juga konstan,

inkubator bayi memiliki beberapa fungsi bagi bayi di dalam

boks tidurnya. Berikut ini adalah beberapa fungsi inkubator

bayi :

a. Melindungi bayi

Bayi di awal kelahiran memiliki kondisi tubuh yang

sangat rentan. Tetapi, ada beberapa diantara mereka yang

lahir ke dunia dengan kondisi lebih rentan dari bayi pada

umumnya. Untuk itulah inkubator dibuat, melindungi bayi.

Dengan desainnya yang kotak dan dilengkapi dengan

lingkaran yang mudah dikendalikan, bayi yang diletakkan

di dalam boks inkubator bisa dengan mudah dan nyaman

untuk beristirahat. Lebih pentingnya lagi, inkubator yang

bertindak sebagai pelindung bayi mampu melindungi bayi

dari bakteri, kemungkinan terjadinya infeksi, iritasi dan

allergen.

b. Memberikan oksigenasi

Fungsi inkubator bayi selanjutnya adalah sebagai

oksigenasi. Bayi terlahir dengan sangat rentan terhadap

apa-apa yang ditawarkan dunia luar padanya, termasuk

soal pernapasan. Tercatat penyebab kematian terbanyak

pada bayi yang lahir secara prematur adalah gangguan

pernapasan. Untuk mengurangi kemungkinan tersebut,

8

meletakkan bayi pada inkubator menjadi hal utama yang

harus dilakukan.

Bagian-bagian inkubator bayi telah didesain

sedemikian rupa untuk menjadi sistem pengantar oksigen

yang baik. Dengan ini, inkubator akan sangat membantu

keberlangsungan hidup seorang bayi. Jadi, Anda perlu

mengingat bahwa proses oksigenasi itu sangat penting

pada bayi prematur.

c. Memberikan kontrol terhadap bayi (sebagai monitor)

Inkubator memiliki bentuk layaknya boks. Seperti

yang telah disebutkan, boks inkubator memiliki 2 bagian

diatas dan dibawah boks tidur bayi. Untuk sebuah

inkubator yang sesuai dengan peraturan medis, harusnya

sudah dilengkapi dengan alat-alat medis monitoring untuk

memudahkan dokter atau suster memonitor kerja jantung,

otak, darah, organ vital dan suhu bayi.

Itulah mengapa inkubator bayi memiliki fungsi

penting dalam perkembangan bayi prematur, karena

seluruh pergerakan bayi harus selalu dimonitor melalui

alat-alat tersebut. Monitoring ini dilakukan hingga kondisi

bayi sudah memenuhi syarat normalitas agar bisa dibawa

pulang.

2.2.1.2. Prinsip kerja inkubator bayi

Gambar 2.7Prinsip kerja inkubator bayi [21]

9

Untuk memenuhi fungsi tersebut, ada sebuah prinsip

atau konsep dasar dari inkubator bayi yang perlu diingat dan

dipelajari agar sesuai dengan aturan media yang diakui.

Sebenarnya, cara kerja inkubator bayi di dalam pengertian

sederhana hanya melibatkan 3 hal, yaitu suhu, kelembapan

dan oksigen. Suhu, kelembapan dan jumlah oksigen yang

menyerupai keadaan di dalam kandungan ibu si bayi.

Bedanya, 3 hal tersebut dapat dimanipulasi oleh

manusia melalui kontrol yang tersedia di bagian atas maupun

bawah inkubator. Untuk mencapai prinsip yang sempurna,

sebuah inkubator harus dilengkapi dengan beberapa bagian ini

:

Heater : sebuah alat yang fungsinya adalah untuk

menghasilkan suhu panas.

Blower : sebuah alat yang difungsikan untuk

pendistribusian panas ke seluruh bagian boks.

Kontrol :sebuah alat yang fungsinya untuk mengatur

kelembapan dan suhu aliran udara.

Tampilan :sebuah alat yang digunakan untuk

menampilkan.

Alarm : sebuah alat pada inkubator yang akan menyala

saat hal-hal yang tidak diinginkan terjadi.

Chamber : dimana bayi diletakkan atau disebut juga

dengan boks tidur.

2.2.2. IoT (Internet of Things)[23]

Internet of Things (IoT) adalah sebuah konsep/skenario

dimana suatu objek yang memiliki kemampuan untuk

mentransfer data melalui jaringan tanpa memerlukan

interaksi manusia ke manusia atau manusia ke komputer. IoT

telah berkembang dari konvergensi teknologi nirkabel, micro-

electromechanical systems(MEMS), dan Internet. "A Things"

pada Internet of Things dapat didefinisikan sebagaisubjek

10

misalkan orang dengan monitor implant jantung, hewan

peternakan dengan transponder biochip, sebuah mobil yang

telah dilengkapi built-in sensor untuk memperingatkan

pengemudi ketika tekanan ban rendah. Sejauh ini, IoT paling

erat hubungannya dengan komunikasi machine-to-machine

(M2M) di bidang manufaktur dan listrik, perminyakan, dan

gas. Produk dibangun dengan kemampuan komunikasi M2M

yang sering disebut dengan sistem cerdas atau

"smart".(contoh: smart label, smart meter, smart grid

sensor). Meskipun konsep ini kurang populer hingga tahun

1999, namun IoT telah dikembangkan selama beberapa

dekade. Alat Internet pertama, misalnya, adalah mesin Coke

di Carnegie Melon University di awal 1980-an. Para

programer dapat terhubung ke mesin melalui Internet,

memeriksa status mesin dan menentukan apakah ada atau

tidak minuman dingin yang menunggu mereka, tanpa harus

pergi ke mesin tersebut. Istilah IoT (Internet of Things)

mulai dikenal tahun 1999 yang saat itu disebutkan pertama

kalinya dalam sebuah presentasi oleh Kevin Ashton,

cofounderand executive director of the Auto-ID Center di

MIT

2.2.3. Node MCU ESP8266 [14]

ESP8266 adalah sebuah embedded chip yang di desain

untuk komunikasi berbasis wifi. Chip ini memiliki output

serial TTL dan GPIO. ESP8266 dapat digunakan secara

sendiri (Standalone) maupun digabungkan dengan pengendali

lainnya seperti mikrokontroler. ESP8266 memiliki

kemampuan untuk networking yang lengkap dan menyatu baik

sebagai client maupun sebagai Access Point. Firmware yang

dimiliki ESP88266 begitu banyak, dapat juga sebuah chip

ESP8266 diprogram dengan tujuan khusus sesuai degan

11

kebutuhan sebagai contoh kemampuan untuk berkomunikasi

dengan web yang menggunakan port HTTPS.

Chip ESP8266 disempurnakan oleh Tensilica’s seri L106

Diamond dengan prosesor 32-bit. Ada 3 cara menggunakan

ESP8266 : sebagai wifi access menggunakan AT command,

dimana biasanya dimanfaatkan oleh Arduino untuk koneksi

wifi, sebagai sistem yang berdiri sendiri menggunakan

NodeMCU dan menggunakan bahasa LUA, sebagai sistem

yang berdiri sendiri dengan menggunakan Arduino IDE yang

sudah bisa terhubung dengan ESP8266. ESP 8266 dapat

bertindak sebagai client ke suatu wifi router, sehingga saat

konfigurasi dibutuhkan setting nama access pointnya dan juga

passwordnya, selain itu ESP8266 dapat digunakan sebagai

Access Point dimana ESP8266 dapat menerima akses wifi.

Gambar 2.8 Node MCU [14]

Fitur yang dimiliki oleh ESP8266-1 sebagai berikut :

Frekuensi wifi 802.11 b/g/n

Prosesor 32 - bit MCU

10 - bit ADC

TCP/ IP protocol stack

TR switch, LNA , power amplifier dan jaringan

PLL , regulator , dan unit manajemen daya

Mendukung keragaman antena

WiFi 2.4 GHz , mendukung WPA / WPA2

12

Dukungan STA mode operasi /AP / STA + AP

Dukungan Smart link Fungsi untuk kedua perangkat

Android dan iOS

SDIO 2.0 , ( H ) SPI , UART , I2C , I2S , IR Remote

Control , PWM , GPIO

STBC , 1x1 MIMO , 2x1 MIMO

A - MPDU & A - MSDU agregasi & 0.4s guard

interval

Berikut ini adalah gambaran dari konfigurasi pin modul wi-fi

ESP8266 beserta penjelasan atau deskripsinya.

Gambar 2.9Konfigurasi pin Modul wi-fi ESP8266 [14]

ESP8266 Pin Description

CH_PD Pull high, connect to

Vcc +3.3V

Vcc Power Supply +3.3V

TXD Connect to RXD

USB-Serial

converter cable

13

RXD Connect to TXD

USB-Serial

converter cable

GPIO0 Pull low, connect to

GND pin

GND Power Supply

ground

2.2.4. Sensor DHT11 [16]

Sensor DHT 11 merupakan salah satu sensor yang

dapat kita gunakan untuk mendapatkan data suhu sekaligus

data kelembaban,sensor DHT 11 juga mudah berkomunikasi

dengan berbagai macam jenis kontroller yang populer saat

ini seperti Arduino dan Mikrokontroler dengan metode

komunikasi serial (single wire bi-directional)[15]Typical

Application dapat dilihat pada gambar 2.21

Gambar 2.10Typical Application [17]

Dengan hanya memiliki 1 pin data, maka sensor

DHT 11 dapat berkomunikasi dengancontroller baik

mikrokontroler ataupun Arduino dengan metode komunikasi

serial (single wire bi-directional). Data yang dikirim oleh

sensor DHT 11 ke controller sebanyak 40 bit data, 16 bit

data pertama merupakan data biner kelembaban, 16 bit

selanjutnya merupakan data biner suhu, dan 8 bit data

terakhir merupakan hasil penjumlahan dari nilai suhu dan

14

kelembaban. Dengan metoda pengiriman data secara serial

sebanyak 40 bit yang terdiri dari data suhu dan kelembaban

membuat sensor DHT 11 ini tidak memerlukan kalibrasi

lagi. Data suhu dan kelembaban sudah dapat terbaca dengan

menerjamahkan ke 40 bit data biner yang dikirim sensor

DHT 11 menjadi data desimal.

Berikut ini adalah bentuk fisik dari sensor DHT11

terlihat seperti pada gambar 2.11.

Gambar 2.11 Bentuk fisik DHT11[16]

Tabel 2.1 Spesifikasi detail

Parameter

kelembaban

Kondisi minimal Karakteristik maksimal

Resolusi 1%RH 1%RH

8 Bit

1%RH

pengulangan 1%RH

Akurasi

25°C

0-50°C

±4%RH

±5%RH

pertukaran Pertukaran

sepenuhnya

Jarak

pengukuran

0°C

25°C

50°C

30%RH

20%RH

20%RH

90%RH

90%RH

80%RH

Waktu respon

(detik)

1/e(63%)25°C,

1m/s Air

6S 10S 15S

histerisis 1%RH

15

Stabilitas

jangka

panjang

karakteristik 1%RH/year

suhu

resolusi 1°C

8 bit

1℃

8 bit

1℃

8 bit

pengulangan 1%RH

akurasi ±1°C ±2°C

Jarak

pengukuran

0°C 50

Waktu respon

(detik)

1/e (63%) 6 s 30 s

2.2.5. Blynk [23]

Blynk adalah sebuah layanan server yang digunakan untuk

mendukung project Internet of Things. Layanan server ini memiliki

lingkungan mobile user baik Android maupun iOS. Blynk Aplikasi

sebagai pendukung IoT dapat diundung melalui Google play. Blynk

mendukung berbagaimacam hardware yang dapat digunakan untuk

project Internet of Things. Blynk adalah dashborad digital dengan

fasilitas antarmuka grafis dalam pembuatan projectnya.

Penambahan komponen pada Blynk Apps dengan caraDrag and

Drop sehingga memudahkan dalam penambahan komponen

Input/output tanpa perlu kemampuan pemrograman Android

maupun iOS.

Blynk diciptakan dengan tujuan untuk control dan monitoring

hardware secara jarak jauh menggunakan komunikasi data internet

ataupun intranet (jaringan LAN). Kemampuna untuk menyimpan

data dan menampilkan data secara visual baik menggunakan angka,

warna ataupun grafis semakin memudahkan dalam pembuatan

project dibidang Internet of Things. Terdapat 3 komponen utama

Blynk.

16

a. Blynk Apps

Blynk Apps memungkinkan untuk membuat project interface

dengan berbagai maca komponen input output yang mendukung

untuk pengiriman maupun penerimaan data serta merepresentasikan

data sesuai dengan komponen yang dipilih. Representasi data dapat

berbentuk visual angka maupun grafik.

Terdapat 4 jenis kategori komponen yang berdapat pada

Aplikasi Blynk

Controller digunakan untuk mengirimkan data atau perintah ke

Hardware

Display digunakan untuk menampilkan data yang berasal dari

hardware ke smartphone

Notification digunakan untuk mengirim pesan dan notifikasi.

Interface Pengaturan tampilan pada aplikasi Blynk dpat berupa

menu ataupun tab

Others beberapa komponen yang tidak masuk dalam 3 kategori

sebelumnya diantaranya Bridge, RTC, Bluetooth

b. Blynk Server

Blynk server merupakan fasilitas Backend Service berbasis

cloud yang bertanggung jawab untuk mengatur komunikasi antara

aplikasi smart phone dengan lingkungan hardware. Kemampun

untuk menangani puluhan hardware pada saat yang bersamaan

semakin memudahkan bagi para pengembang sistem IoT. Blynk

server juga tersedia dalam bentuk lokal server apabila digunakan

pada lingkungan tanpa internet. Blynk server lokal bersifat open

source dan dapat diimplementasikan pada Hardware Raspbery Pi.

c. Blynk Library

Blynk Library dapat digunakan untuk membantu pengembangan

code. Blynk library tersedia pada banyak platform perangkat keras

sehingga semakin memudahkan para pengembang IoT dengan

fleksibilitas hardware yang didukung oleh lingkungan Blynk.