bab i - unnocs | indonesian electronics for dummies web viewmetode empat electroda adalah metode...

61
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 1

Upload: leque

Post on 27-Mar-2018

215 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

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